KR20110021713A - Transmission device for a machine for porducing electricity from a variable-speed motive source, unit for producing electricity and wind machine both so equipped, and method of adjusting a transmission ratio - Google Patents
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Abstract
동일한 두 개의 차동 메카니즘들(13, 113)이 속도 상승 장치(4)에 의해 풍력 발전기의 회전자(1)에 연결된 입력 축(11)과 동기식 발전기(3)에 연결된 출력 축(12) 사이에 장착된다. 두 개의 유성 기어들(14, 114)이 상기 출력 축(12)에 결속된다. 두 개의 유성 캐리어들(17, 117)들은 상기 입력 축(11)에 결속된다. 따라서 두 개의 환형(annulus) 기어들(16, 116)이 동일한 속도로 회전한다. 이들은 서로에 대하여 역의 관계에 있는(reversing) 약간 다른 변속비(66, 166)를 통해 비교 차동 메카니즘(141)의 두 입력 요소들(22, 23)에 연결된다. 상기 차동 메카니즘(141)의 케이지(146)는 상기 요소들(22, 23)의 회전 속도 간의 절대 값 차이의 절반의 속도로 회전한다. 기어부(147, 148)에 의한 다중화(multiplication) 후, 이 낮은 속도가 전기 발전기와 같은의 조절 장치(32)의 회전자(133)에 적용된다. 상기 조절 발전기(32)에 의해 적용되는 토크를 조절함으로써 상기 변속비가 조절 또는 조정(adjusted or regulated)된다. 동기식 발전기(3)의 회전 속도를 완전하게 안정화하고, 상기 조절 장치(32)를 이용하여 상시적으로 네트워크에 연결할 수 있게 함으로써, 적은 양의 에너지만을 소비하게 된다. The same two differential mechanisms 13, 113 are connected between the input shaft 11 connected to the rotor 1 of the wind generator by the speed increasing device 4 and the output shaft 12 connected to the synchronous generator 3. Is mounted. Two planetary gears 14, 114 are engaged to the output shaft 12. Two planet carriers 17, 117 are bound to the input shaft 11. Thus, the two annulus gears 16, 116 rotate at the same speed. They are connected to the two input elements 22, 23 of the comparison differential mechanism 141 via slightly different speed ratios 66, 166 reversing with respect to each other. The cage 146 of the differential mechanism 141 rotates at half the speed of the absolute difference between the rotational speeds of the elements 22, 23. After multiplication by the gear parts 147, 148, this low speed is applied to the rotor 133 of the regulating device 32, such as an electric generator. The speed ratio is adjusted or regulated by adjusting the torque applied by the regulating generator 32. By completely stabilizing the rotational speed of the synchronous generator 3 and allowing it to be constantly connected to the network using the regulating device 32, only a small amount of energy is consumed.
Description
본 발명은 풍력 터빈 분야나 변속 가능한 동력원(variable-speed motive power source)에 연결되는 발전기에 관련된 다른 분야에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of wind turbines or to other fields related to generators connected to variable-speed motive power sources.
더 구체적으로, 본 발명은 변속 가능한 동력원, 특히, 풍력 터빈 회전자(rotor)로부터 전력을 생산하는 기계의 변속 장치에 관한 것이다. More specifically, the invention relates to a transmission of a machine that produces power from a variable speed power source, in particular a wind turbine rotor.
또한, 본 발명은 풍력 터빈 회전자에 의해 구동되어 전력을 생산하는 유닛에 관한 것이다.The invention also relates to a unit which is driven by a wind turbine rotor to produce power.
아울러, 본 발명은 변속 장치 또는 전력을 생산하는 유닛이 장비된 풍력 터빈에 관한 것이다. Furthermore, the present invention relates to a wind turbine equipped with a transmission or a unit for producing electric power.
현재로서는, 효율에 비해 여전히 생산이나 구동 비용이 상당히 높기 때문에 풍력 터빈의 사용은 상당히 제한되어 있다. 따라서 풍력 터빈에 의해 생산되는 킬로와트(kilowatt)당 비용을 낮추는 것이 핵심적이다. 이는 또한 수메가 와트와 같은 고용량의 전력을 생산할 수 있는 고출력 풍력 터빈 붐에 있어 필요한 전제 조건이다. At present, the use of wind turbines is quite limited because of the still high production or running costs compared to efficiency. Therefore, lowering the cost per kilowatt produced by wind turbines is key. This is also a necessary prerequisite for high power wind turbine booms capable of producing high capacity power such as several megawatts.
주된 어려움들 중 하나는 풍력 터빈 회전자가 회전하는 속도의 변화 폭이 상당히 넓은 범위에 있더라도 주파수가 안정된 전류를 생산해야한다는 것이며, 이러한 속도의 변화 폭은 또한 상당히 넓은 범위에서의 풍속의 변화 폭과 관련되어 있다. 일반적으로, 풍속이 0(zero)에 근접한 최소의 속도와 초속 15m에 근접하는 최대의 속도 사이에서 풍력 터빈을 가동하기 위한 노력이 계속되고 있다. 풍력 터빈 회전자의 회전 속도는 대체로 분당 1회전에서 30회전 사이에서 변화한다. One of the main difficulties is that the wind turbine rotor must produce a stable frequency current even though the speed of rotation of the wind turbine's rotation is in a fairly wide range, which is also related to the variation in wind speed in a fairly wide range. It is. In general, efforts are underway to operate wind turbines between a minimum speed at which wind speeds are close to zero and a maximum speed at 15 m / s. The rotational speed of the wind turbine rotor generally varies between one and thirty revolutions per minute.
이러한 문제점을 해소하고자 하는 다양한 제안들이 있다. 무엇보다도, 설치된 대부분의 풍력 터빈들은 비동기식 발전기로서, 발전기 입력축(input shaft)에서 작은 속도의 변화 폭이 허용될 수 있다. 속도의 범위를 확장하는 적합성을 향상시키기 위해, 일부 제조 업자들은 그들의 풍력 터빈에 두 개의 발전기, 바람이 약한 동안에 사용되는 작은 것과 바람이 강한 동안에 사용되는 큰 것을 연결하기도 한다. There are various proposals to solve this problem. First of all, most of the installed wind turbines are asynchronous generators, which allows a small range of speed changes in the generator input shaft. To improve the suitability of extending the range of speeds, some manufacturers connect their wind turbines with two generators, the small ones used during low winds and the larger ones used during high winds.
또한, 전극의 수(number of poles)가 가변되는 발전기를 구비하는 풍력 터빈이 알려져 있다. 연결된 전극의 수를 달리하는 방식으로, 이러한 발전기는 전극의 수가 다른 상태에서도 작동할 수 있으며, 따라서 회전 속도가 달라지는 것에 부응하게 된다. Also known are wind turbines having generators in which the number of poles is variable. By varying the number of connected electrodes, such generators can operate even with different numbers of electrodes, thus responding to varying rotational speeds.
모든 경우에서, 생산된 전류의 주파수는 발전기의 회전 속도 함수에 따라 변화되어, 전력망(grid)에 연결하는 것을 불가능하게 하거나 전력망에 적합한 주파수를 얻기 위해 복잡한 변환 과정을 필요로 한다. 특히, 2-발전기(2-generator) 기술은 전력망으로의 공급시 하나의 발전기에서 다른 발전기로의 스위칭을 수반하고, 따라서 생산된 전류의 주파수와 위상(phase)을 그 전력망의 그것들과 적합하게 조절할 필요가 있다. 이러한 문제점으로 인해 설치 비용이 증가되고 풍력 터빈의 효율은 크게 개선되지 못하고 있다.In all cases, the frequency of the produced current changes as a function of the rotational speed of the generator, making it impossible to connect to the grid or requiring a complicated conversion process to obtain a frequency suitable for the grid. In particular, the two-generator technique involves switching from one generator to another on supply to the grid, thus adjusting the frequency and phase of the generated current with those in the grid. There is a need. These problems increase installation costs and do not significantly improve the efficiency of wind turbines.
또한, 풍력 터빈 발전기용 변속 장치가 국제 공개특허 WO 2004/088132A1을 통해 알려진 바 있다. 이 장치는 풍력 터빈 회전자와 발전기의 회전자 사이에서 변속하는 주 경로(main route)와 유압 토크 컨버터가 있는 평행 조절 경로(parrellel regulating route)를 이용한다. 그러나 발전기 구동 속도의 안정화에는 충분하지 못하다. 생산된 전류의 주파수는 50 내지 60헤르츠(herz) 사이에서 변동을 거듭하게 된다. 컨버터는 에너지를 열로 낭비하게 된다.In addition, a transmission for a wind turbine generator has been known through international publication WO 2004 / 088132A1. The device utilizes a main route of transmission between the wind turbine rotor and the rotor of the generator and a parrellel regulating route with a hydraulic torque converter. However, it is not enough to stabilize the generator drive speed. The frequency of the produced current will fluctuate between 50 and 60 hertz. The converter wastes energy as heat.
국제 공개특허 WO 81/01444는 회전자와 발전기 축 사이에 유압식, 기계식 또는 전자식 변속기(variator)를 통과하는 평행 조절 경로를 제공한다. 변속기는, 한편으로는 회전자의 속도와 다른 한편으로는 발전기 축의 속도를 나타내는 두 개의 신호 함수에 따라 제어된다. 모터로 작동하는 이 변속기는 발전기에 의해 생산된 에너지의 적어도 10에서 15%를 소비할 정도로 많은 양의 제어 에너지를 필요로 한다. International publication WO 81/01444 provides a parallel adjustment path between a rotor and a generator shaft through a hydraulic, mechanical or electronic variableator. The transmission is controlled according to two signal functions representing the speed of the rotor on the one hand and the speed of the generator shaft on the other. This motor-driven transmission requires a large amount of control energy to consume at least 10 to 15% of the energy produced by the generator.
최근의 구현 방안들, 특히 상기에서 언급된 방안들에서, 생산된 전류는 지역적인 전력망(local grid), 예를 들어, 주택들의 그룹에 사용될 수 있다. 그러나 이러한 풍력 터빈들을 국가적인 전력망(national grid)에 연결하는 것은 여전히 어렵거나 불가능한 실정이다. In recent implementations, in particular in the above mentioned schemes, the produced current can be used in a local grid, for example a group of houses. However, connecting these wind turbines to the national grid is still difficult or impossible.
본 발명의 목적은, 비용 및/또는 복잡도를 줄이고 및/또는 전력 생산에서의 에너지 효율 및/또는 주파수 안정화를 향상시키는 관점에서 상술한 단점들의 적어도 일부를 해소하기 위한 것이다. It is an object of the present invention to address at least some of the above mentioned disadvantages in terms of reducing cost and / or complexity and / or improving energy efficiency and / or frequency stabilization in power production.
본 발명에 따르면, 회전 속도가 가변되는 동력원, 특히, 풍력 터빈 회전자로부터 전력을 생산하는 기계를 위한 변속 장치로서, 지지 구조물(supporting structure), 동력원에 연결된 입력 축(input shaft), 상기 기계의 회전자에 연결되는 출력 축(output shaft) 및 적어도 두 개의 변속 경로들을 구비하되, 적어도 하나의 변속 경로가 적어도 세 개의 회전 부재(rotary member)들을 구비하는 차동 메카니즘(differential mechanism)을 통과하는 변속 장치에 있어서, 상기 변속 경로들 중 하나는 동역학적 결합(dynamic coupling) 관계이면서 운동역학적 비결합(kinematic uncoupling) 관계이고 그 각각이 상기 변속 장치의 다른 부분들에 연결됨으로 인하여 서로에 대하여 상대 속도를 가지는 두 개의 회전 요소(rotary element)들을 구비하고, 상기한 상대 속도는 두 개의 회전 요소들 사이에서 상기 기계의 회전자를 설정된 속도, 특히, 실질적으로 일정한 속도로 유지하는 방향으로 변화하는 토크를 발생시키는 조절 장치(regulating apparatus)에서 상대 회전을 일으키도록 구성함 특징으로 한다. According to the invention there is provided a transmission for a machine that generates power from a power source, in particular a wind turbine rotor, of which the rotational speed is variable, comprising: a supporting structure, an input shaft connected to the power source, of the machine A transmission having an output shaft connected to the rotor and at least two shifting paths, the at least one shifting path passing through a differential mechanism having at least three rotary members In one of the shift paths is a dynamic coupling and kinematic uncoupling relationship, each of which has a relative speed relative to each other because it is connected to different parts of the transmission. Two rotary elements, said relative velocity being equal to between the two rotary elements It is characterized in that it is configured to cause relative rotation in a regulating apparatus that generates a torque which changes in a direction of maintaining the rotor of the system at a set speed, in particular at a substantially constant speed.
본 발명의 실시 예에 따르면, 그러한 토크의 변화는 그 토크와 상기 장치(apparatus)에서의 회전 속도 사이에서 상기 장치(apparatus)의 특징적인 관계에 의해 정의된다. 선택에 따라, 토크의 변화는 제어, 특히, 상기 기계의 회전자의 속도를 조절하는 제어 루프에 의해 결정된다. According to an embodiment of the invention, such a change in torque is defined by the characteristic relationship of the apparatus between that torque and the rotational speed in the apparatus. Optionally, the change in torque is determined by a control, in particular a control loop which regulates the speed of the rotor of the machine.
상기 두 회전 요소들 사이에서 상기 조절 장치에 의해 적용되는 토크의 변화는 간단한 방식으로 상기 차동 메카니즘에 의해 설정되는 변속비에 영향을 주는 것을 가능하게 하며, 결과적으로는 상기 변속 장치의 입력 축과 출력 축 사이의 변속비에 영향을 주는 것을 가능하게 한다. The change in torque applied by the regulating device between the two rotating elements makes it possible to influence the speed ratio set by the differential mechanism in a simple manner, and consequently the input and output shafts of the transmission. It is possible to influence the speed ratio between them.
결국, 동력원의 회전 속도가 극단적으로 낮더라도, 예를 들어, 분당 1회전에 근접한다 하더라도, 원한다면, 본 발명에 따른 변속 장치는 전력망에 전력을 공급하는 전력 생산 기계의 입력부(input)에서 설정 속도, 대체로 일정한 속도를 유지하는 것을 가능하게 한다. After all, even if the rotational speed of the power source is extremely low, for example close to one revolution per minute, if desired, the transmission according to the invention can be set at the input of a power production machine that supplies power to the grid. In general, it makes it possible to maintain a constant speed.
따라서, 예를 들면, 상기 변속 장치는 전력 생산 기계에 의해 전력이 공급되는 전력망을 일정하게 유지할 수 있는 가능성을 제공함으로써, 전력망의 주파수에 일치시키기 위해 상기 기계에 의해 생산된 전류의 주파수를 주기적으로 조절하는 것을 방지할 수 있게 하고, 따라서 이러한 목적의 대규모(bulky), 고가의 장비를 제공해야 할 필요가 없게 된다.Thus, for example, the transmission provides the possibility of keeping the power grid powered by the power generating machine constant, thereby periodically regulating the frequency of the current produced by the machine to match the frequency of the power grid. It is possible to prevent adjustments and thus eliminate the need to provide bulky, expensive equipment for this purpose.
상기 조절 장치의 최대 출력은 극히 제한된 상태로, 예를 들어, 상기 기계(the main machine)의 출력의 3 내지 5% 정도 또는 그 미만으로 유지될 것이다.The maximum output of the regulating device will be kept in an extremely limited state, for example on the order of 3 to 5% or less of the output of the main machine.
상기 조절 장치는 상기 전력 생산 기계를 구동하기 위해 상기 출력 축으로 보충되는 추가의 기계적인 에너지를 상기 변속 장치에 투입(inject)하는 모터일 수 있다. 이러한 조절 모터가 전기 모터라면, 상기 전력 생산 기계로부터의 생산분을 이용한 전력을 끌어와 전원을 공급받을 수 있다. The regulating device may be a motor that injects additional mechanical energy into the transmission device to supplement the output shaft to drive the power production machine. If the regulating motor is an electric motor, power can be drawn by drawing power from the production from the power generating machine.
그러나 본 발명에 따르면, 상기 조절 장치는 전기 발전기임이 바람직하다. 이러한 발전기는 풍력 터빈이나 다른 형태의 전력 생산 유닛의 여러 기능적 부품(functional member)들로 전원을 공급할 수 있다. 이러한 기능성 부품들은, 예를 들면, 상기 풍력 터빈의 지향 방향을 맞추는 모터, 상기 회전자의 블레이드들이 지향하는 방향을 맞추는 모터, 조명 또는 발광 신호 장치(illuminated signalling device)들 등등일 수 있다. 초과 전력은 축전기 및/또는 상기 전력 생산 기계로 공급되는 기계적 힘을 증가시키기 위해 상기 변속 장치의 출력 축을 구동하는 전기 모터의 전원을 공급하는데 이용될 수 있다. According to the invention, however, it is preferred that the regulating device is an electric generator. Such generators can supply power to many functional members of wind turbines or other types of power generation units. Such functional components may be, for example, a motor that directs the wind turbine's directing direction, a motor that directs the rotor's blades, a lighting or illuminated signaling devices, and the like. The excess power may be used to power the electric motor driving the output shaft of the transmission to increase the mechanical force supplied to the capacitor and / or the power production machine.
제어가 가능할 때에는, 발전기 또는 다른 조절 장치는 극히 정밀한 조절을 가능하게 하는 고유의 전기 신호에 의해 제어될 수 있다. 상기 전기 신호는 상기 생산 기계의 회전자의 회전 속도와 이 속도에 대한 기준 값을 상시적으로(permanent) 또는 주기적으로 비교한 후 생성될 수 있다. 또한, 상기 신호의 기본 값을 생성함에 있어, 입력 축의 회전 속도를 고려하는 것도 가능하며, 이러한 기본 값에 따른 상기 신호 값을 변화시킴으로써 상기 생산 기계의 회전자 속도가 조절된다. When control is possible, the generator or other regulating device can be controlled by a unique electrical signal that allows for extremely precise adjustment. The electrical signal may be generated after a permanent or periodic comparison of the rotational speed of the rotor of the production machine with a reference value for this speed. In addition, in generating the basic value of the signal, it is also possible to consider the rotational speed of the input shaft, and by changing the signal value according to this basic value, the rotor speed of the production machine is adjusted.
상기 조절 장치는 전극의 수를 변화시킬 수 있는 형태의 전기 발전기일 수 있다. 이러한 발전기는 회전자(rotor)와 고정자(stator) 사이에서 운동 속도와는 다른 전기적인 속도로 작동할 수 있다. 이는 상기 변속 장치의 설계(layout)와 예상되는 작동 환경이 조절 발전기(regulating generator)에서 고정자에 대한 회전자의 운동역학적 속도의 광범위한 변화에 대해 적응하는 사양을 필요로 하는 경우에, 상기 전기 발전기의 효율과 출력을 최적화할 수 있다는 이점이 있다. The regulating device may be an electric generator of a type capable of changing the number of electrodes. Such a generator can operate at an electrical speed that is different from the speed of movement between the rotor and the stator. This is because the layout of the transmission and the expected operating environment require a specification that adapts to a wide range of changes in the kinematic speed of the rotor relative to the stator in a regulating generator. The advantage is that efficiency and output can be optimized.
상기한 두 개의 요소들 사이에 상기 조절 장치를 직접 설치하는 것도 가능하다. 다시 말해서, 상기 조절 장치에서, 상기 두 요소들의 회전 속도 차와 동일한 상대 속도가 존재한다. 예를 들어, 전기 발전기의 회전자는 상기 요소들 중 하나와 함께 회전하는 반면에, 이 경우에서, 일반적으로 고정자로 알려진 다른 부품은 상기 요소들 중 다른 하나와 회전하는 요소이다. 이러한 구성에서, 상기 조절 장치의 에너지, 전형적으로는 전기 에너지 결합과, 또한, 이를 제어하고 다른 어떤 존재할 수 있는 링크의 작동과 조절을 위해 회전식 연결 구조(rotary connection)가 요구된다. 더욱이, 전기 발전기의 일반적인 예에서, 이러한 장치(apparatus)는 상기 회전자와 고정자 사이의 상대 속도가 적어도 분당 1000회전 정도일 때에만 만족스럽게 작동한다. 이는 상기 조절 장치가 소정의 전력 값(power value)을 가짐을 의미한다. It is also possible to install the adjustment device directly between the two elements. In other words, in the adjusting device, there is a relative speed equal to the rotational speed difference of the two elements. For example, the rotor of an electric generator rotates with one of the elements, while in this case the other part, generally known as the stator, is an element that rotates with the other of the elements. In such a configuration, a rotary connection is required for the energy, typically the electrical energy coupling, of the regulating device, and also for the operation and regulation of the link which controls it and any other existent link. Moreover, in the general example of an electric generator, such an apparatus works satisfactorily only when the relative speed between the rotor and the stator is at least about 1000 revolutions per minute. This means that the regulating device has a predetermined power value.
본 발명은 상기한 두 회전 요소들 사이에 상기 장치(apparatus)를 직접 설치하는 것을 포함하는 유용한 해결 방안을 제안한다. 이러한 본 발명의 특정한 구조(special feature)에서, 상기한 두 요소들은 두 요소들의 회전 속도들의 절대 값 사이의 차이, 가능하게는 가중치가 주어진 차이(possibly the weighted difference)를 나타내는 회전 출력부(rotary output)를 가지는 비교 차동 기어세트(comparative differential gearset)의 두 입력부(input)들에 연결되며, 상기 장치(apparatus)의 축은 상기 회전 출력부에 연결된다. The present invention proposes a useful solution which involves installing the apparatus directly between the two rotating elements described above. In this particular feature of the invention, the two elements described above represent a rotary output representing the difference between the absolute values of the rotational speeds of the two elements, possibly the weighted difference. Is connected to the two inputs of a comparative differential gearset having a), and the axis of the apparatus is connected to the rotary output.
대체로, 상기 장치(apparatus)는 상기 회전 출력부와 상기 지지 구조물 사이에 장착되고, 다른 유용한 특징적인 구조에 따르면, 상기 장치(device)는 상기 비교 차동 기어세트의 회전 출력부의 회전 속도에 대하여 상기 장치(apparatus)의 축의 회전 속도를 증가시키는 수단을 구비한다. In general, the apparatus is mounted between the rotational output and the support structure, and according to another useful characteristic structure, the device relates to the rotational speed of the rotational output of the comparative differential gearset. means for increasing the rotational speed of the axis of the apparatus.
따라서, 상기 조절 장치는 고정식 고정자(fixed stator)를 구비할 수 있으며, 회전자 또는 다른 이동부의 속도의 절대 값은 현저하게 감소된다. 회전 결합(rotary coupling)은 더 이상 필요치 않으며, 상기 장치(apparatus)의 입력 속도가 상기 비교 차동 기어세트의 출력 속도에 대하여 가능한 한 많이 증가될 수 있으므로, 상기 두 회전 요소들 사이에는 가급적 낮은 속도의 차이를 갖도록 할 수 있게 된다. Thus, the regulating device may have a fixed stator, and the absolute value of the speed of the rotor or other moving part is significantly reduced. Rotary coupling is no longer needed, and the input speed of the apparatus can be increased as much as possible with respect to the output speed of the comparative differential gearset, so that the lowest possible speed between the two rotating elements You can make a difference.
한 실시 예에서, 상기 장치는 상기 두 회전 요소들을 서로에 대하여 반대 방향으로 회전하게 하는 수단을 구비한다. 이 경우, 상기 비교 차동 기어세트는 서로 대향하는 두 태양 기어(sun gear)들과 치합(meshing)하는 유성 피니언(planet pinion)들을 구비하는 형태일 수 있다. 상기 유성 피니언들은 상기 요소들 중 하나를 각각 구성하게 되는 두 개의 태양 기어들의 속도들의 대수적 평균값(algebraic mean)(따라서 서로에 대하여 반대되는 방향의 속도일 때는 절대 값의 차이의 절반)과 같은 속도로 회전하는 케이지(cage)에 의해 유지된다. In one embodiment, the apparatus has means for causing the two rotating elements to rotate in opposite directions with respect to each other. In this case, the comparative differential gearset may be in the form of planetary pinions meshing with two sun gears facing each other. The planetary pinions are at the same speed as the algebraic mean of the speeds of the two sun gears, each of which constitutes one of the elements (and thus half of the difference in absolute values when the speeds are opposite to each other). It is held by a rotating cage.
하기의 구체적인 실시 예들의 설명에서 볼 수 있는 바와 같이, 동일한 방향에서 두 회전 속도들 사이의 차이, 말하자면 가중된 차이를 나타내는 속도를 출력부에서 제공할 수 있는 비교 차동 기어세트 또한 있을 수 있다. As can be seen in the description of the specific embodiments below, there may also be a comparative differential gearset that can provide at the output a speed representing a difference between two rotational speeds, ie a weighted difference, in the same direction.
상기에서, '가중된 차이(weighted difference)'라 함은 다른 상수들을 곱한 두 개의 값(두 개의 속도 값) 사이의 계산된 차이를 의미한다. 따라서, 예를 들면, 회전 속도들이 같은 절대 값을 가질 때, 0이 아닌(non-zero) 가중된 차이가 얻어진다. 이는 하기에서 설명된 일부 실시 예들에서, 특히, 상기 조절 장치에서 상기 두 요소들의 회전 속도의 절대 값에 비례하는 속도를 발생시키는 데 유용하다. In the above, 'weighted difference' means a calculated difference between two values (two speed values) multiplied by other constants. Thus, for example, when the rotational speeds have the same absolute value, a non-zero weighted difference is obtained. This is useful in some embodiments described below, in particular in generating a speed proportional to the absolute value of the rotational speed of the two elements in the adjusting device.
더 일반적으로, 본 발명은 변속 경로를 따라 기계적으로 연속된 두 요소들 사이에 운동역학적인 장애(kinematic interruption)를 발생시키는 것, 상기 회전 출력부가 상기한 두 요소들의 속도들의 절대 값 사이의 차이, 말하자면 가중된 차이로 나타나는 속도에서 회전하게 설계된 비교 차동 기어세트의 두 입력부들에 이들 두 요소들을 연결하는 것, 상기 회전 출력부를 전기 발전기, 펌프 등등 또는 모터와 같은 에너지 투입기(injector) 등의 동역학적 조절 에너지 분배 장치(dynamic regulating energy tapping apparatus)에 연결하는 것을 교시하는데, 이러한 장치(apparatus)는 고유하게 내재된 특성이나 이 특성과 조합되는 제어를 통해 상기 변속 경로의 회전 속도, 상기 변속 경로에 의해 전달되는 토크, 상기 두 요소들의 회전 속도들 사이의 미끄러짐(slip) 등등을 조절하거나 설정한다. More generally, the present invention provides a kinematic interruption between two mechanically continuous elements along a shift path, the difference between the absolute value of the velocities of the two elements by the rotary output, That is to say connecting these two elements to the two inputs of a comparative differential gearset designed to rotate at speeds that appear as weighted differences, the rotational output to an electric generator, a pump or the like or an energy injector such as a motor. It is taught to connect to a dynamic regulating energy tapping apparatus, which is characterized by the rotational speed of the shift path, the shift path through inherent inherent characteristics or control combined with this characteristic. Adjust the torque transmitted, the slip between the rotational speeds of the two elements and the like Set it.
선택에 따라서는, 상기 두 개의 요소들을 구비하는 변속 경로는 각 요소의 회전 속도를 증가시키는 수단을 구비한다. 따라서 상기 두 요소들은 더 빠르게 회전하며, 상기 두 요소들 사이의 주어진 속도 차이는 상기 조절 장치의 더 낮은 동력과 상기 변속 경로를 통과하는 동력의 더 낮은 부분에 상응한다. Optionally, the shift path with the two elements comprises means for increasing the rotational speed of each element. The two elements thus rotate faster, and the given speed difference between the two elements corresponds to the lower power of the regulating device and the lower portion of the power passing through the shift path.
간단한 실시 예로는, 상기한 요소들 중 하나는 상기 입력, 출력 축들 중 하나와 고정된 비율로 치합하는 관계이며, 다른 하나는 상기 차동 메카니즘의 회전 부재와 고정된 비율로 치합하는 관계에 있으며, 회전 부재 자체는 상기 입력, 출력 축들 각각과 가변 비율로 치합하는 관계에 있다. In a simple embodiment, one of the elements is in a fixed relationship with one of the input and output axes, and the other is in a fixed relationship with the rotation member of the differential mechanism, and the rotation The member itself is in engagement with each of the input and output axes in variable proportions.
바람직한 실시 예로는, 적어도 하나의 상기 차동 메카니즘은 세 개의 회전 부재들을 구비하는 두 개의 차동 메카니즘을 구비하고, 상기한 적어도 두 개의 변속 경로들은 상기 차동 메카니즘들 중 하나의 회전 부재를 다른 메카니즘의 대응하는 회전 부재로 각각 연결하는 세 개의 변속 경로를 구비한다. In a preferred embodiment, at least one of said differential mechanisms has two differential mechanisms having three rotating members, said at least two shifting paths corresponding to one of said differential mechanisms rotating member of another mechanism. It has three shifting paths, each connecting to a rotating member.
상기 두 개의 요소들은 상기 세 개의 경로들 중 하나의 일부를 형성하는 것이 일반적이다. The two elements typically form part of one of the three pathways.
이러한 실시 예는, 동일하지는 않더라도 절대 값이 서로 상당히 근접하는 속도에서 상기한 두 개의 요소가 항상 회전하는 것을 보장하는 것을 가능하게 함으로써, 상기 변속 장치의 입력 축과 출력 축 사이의 변속비가 매우 넓은 범위에서 변화하더라도 상기 조절 장치에 포함된 에너지를 아주 작게, 이론적으로는 소망하는 정도로 작게 할 수 있다. This embodiment makes it possible to ensure that the two elements always rotate at speeds where the absolute values are substantially close to each other, although they are not identical, so that the transmission ratio between the input and output axes of the transmission is very wide. Even if it is changed from, the energy contained in the control device can be made very small and theoretically small as desired.
선택에 따라서는, 상기한 세 개의 변속 경로들 중 하나는 상기 입력 축에 결속된 변속 부재를 구비하는 입력 경로이고, 상기 세 개의 변속 경로들 중 다른 하나는 상기 출력 축에 결속된 변속 부재를 구비하는 출력 경로이다. 따라서 상기 변속 장치는 상기 입력 축과 출력 축 사이에 평행하게 장착되며 또한 세 번째 변속 경로에 의해 서로 결합되는 두 개의 차동 메카니즘들을 구비하는 것을 고려할 수 있다. Optionally, one of the three shifting paths is an input path having a shifting member engaged to the input shaft and the other of the three shifting paths has a shifting member engaged to the output shaft. Output path. Thus, it is contemplated that the transmission has two differential mechanisms mounted in parallel between the input shaft and the output shaft and coupled to each other by a third shift path.
상기 변속 장치의 작동 체계가 상기 조절 장치의 동역학적 작용에 의존하도록 상기 장치는 상기 두 개의 차동 메카니즘들 간의 차이 및/또는 상기 변속 경로들 중 적어도 하나에서의 차이 및/또는 상기 조절 장치로의 상기 두 회전 요소들의 결합에서의 차이를 가진다. The device may be configured such that the difference between the two differential mechanisms and / or the difference in at least one of the transmission paths and / or the control device is such that the operating mechanism of the transmission device depends on the dynamical action of the adjustment device. There is a difference in the combination of the two rotating elements.
한 실시 예에서, 이는 상기 에너지 생산 기계가 일정 속도로 설정되어야만 하고 따라서 변속비가 상기 입력 축의 속도의 직접 함수일 때 적합하며, 상기 두 개의 요소들에 의해 상기 장치(apparatus)에 적용되는 회전 속도는 상기 입력 축의 속도의 함수에 따라 변화한다. 따라서 상기 장치(apparatus)의 회전 속도는 상기 변속비를 결정하게 된다. In one embodiment, this is suitable when the energy production machine must be set at a constant speed and thus the transmission ratio is a direct function of the speed of the input shaft, and the rotational speed applied to the apparatus by the two elements is Changes as a function of speed of the input axis. Therefore, the rotational speed of the apparatus determines the speed ratio.
이러한 예에서, 상기 입력 축에 가해지는 구동 토크가 상기 입력 축의 회전 속도와 함께 점차 증가하는 풍력 터빈의 회전자로 이루어진 동력원인 경우, 상기 입력 축의 속도가 증가할 때 상기 장치(apparatus)로 가해지는 회전 속도를 증가시키는데 유용하다. 따라서 전기 발전기와 같은 상기 장치(apparatus)가 그 자체로서 회전 속도와 함께 증가되는 토크 특성을 가질 때, 상기 전기 발전기의 토크 증가는 상기 두 개의 요소들을 포함하는 상기 변속 경로에서의 토크 증가를 동반한다. 상기 조립체는 자기 조절(self-regulating)을 할 수도 있다. 예를 들면, 전기 발전기로 이루어진 조절 장치에 적용되는 여기(excitation)를 변화시킴으로써, 미세한 조절이 가능하게 된다. In this example, when the drive torque applied to the input shaft is a power source consisting of a rotor of a wind turbine that gradually increases with the rotational speed of the input shaft, the force applied to the apparatus is increased when the speed of the input shaft increases. It is useful for increasing the rotation speed. Thus, when the apparatus, such as an electric generator, itself has a torque characteristic that increases with rotational speed, the increase in torque of the electric generator is accompanied by an increase in torque in the shift path comprising the two elements. . The assembly may be self-regulating. For example, by changing the excitation applied to the regulating device made of the electric generator, fine adjustment is possible.
상기한 차동 메카니즘들 중 하나는 상기 입력 축과 출력 축에 각각 연결된 두 개의 회전 부재들과, 상기 입력 축의 속도와 상기 출력 축의 속도의 평균, 가능하게는 가중치가 주어진 평균(weighted mean)을 생성하는 제3의 회전 부재를 구비하는 방식으로 장착될 수 있다. 특히, 상기 입력 축의 속도의 함수일 경우, 적어도 간접적으로 다른 차동 메카니즘의 제3 회전 부재에 적용되는 얻어진 평균이 상기한 다른 차동 메카니즘으로 하여금 상기 입력 축과 출력 축 사이에서 원하는 변속비를 생성하도록 가중치(weighting)가 선택된다. 이러한 조립체에서, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 변속 경로들 중 하나는 상기 조절 장치에 의해 제공되는 동역학적 결합(dynamic coupling)에 의해 연결되는 운동역학적인 장애(kinematic interruption)를 가지고 있다. One of the differential mechanisms is to generate two rotating members respectively connected to the input and output shafts, and to generate an average of the speed of the input shaft and the speed of the output shaft, possibly a weighted mean. It can be mounted in such a way as to have a third rotating member. In particular, when obtained as a function of the speed of the input axis, the obtained average applied at least indirectly to the third rotating member of another differential mechanism causes the other differential mechanism to produce the desired transmission ratio between the input axis and the output axis. ) Is selected. In this assembly, as mentioned above, one of the shift paths has a kinematic interruption which is connected by the dynamic coupling provided by the regulating device.
선택에 따라서는, 상기한 두 개의 차동 메카니즘들은 서로 동일하다. 제1의 버전(version)에서, 상기한 세 개의 변속 경로들 중 적어도 하나는 그 하나의 변속 경로가 연결하는 상기한 두 개의 회전 부재들 사이에서, 상기한 세 개 변속 경로들 중 다른 하나에 의해 그 다른 하나의 변속 경로가 연결하는 상기한 두 개의 회전 부재들 사이에서 설정된 변속비와 다른 변속비를 설정한다. Optionally, the two differential mechanisms described above are identical to each other. In a first version, at least one of the three shifting paths is separated by the other one of the three shifting paths between the two rotating members to which the one shifting path connects. A speed ratio different from the speed ratio set between the two rotation members connected by the other speed change path is set.
선택에 따라서는, 상기한 메카니즘들은 서로 동일하고 상기한 세 개의 변속 경로들 중 둘은 동일한 변속비를 설정하며, 특히, 상기 차동 메카니즘들 중 하나의 회전 부재와 다른 하나의 차동 메카니즘의 회전 부재가 공동으로 회전(common rotation)하는 것을 각각 보장하는 완고한 연결(rigid connection)들을 구성하게 된다. Optionally, the mechanisms are identical to each other and two of the three shift paths set the same speed ratio, in particular the rotational member of one of the differential mechanisms and the rotational member of the other differential mechanism are cavities. This creates rigid connections that each ensure common rotation.
상기한 두 개의 차동 메카니즘들의 두 제3의 회전 부재들을 서로 연결하는 제3의 경로는 두 회전 부재들 사이에서 속도의 차이를 발생시키기 위해 다른 기계적인 변속비를 가질 수 있다. The third path connecting the two third rotating members of the two differential mechanisms to each other may have different mechanical transmission ratios to produce a difference in speed between the two rotating members.
제2의 버전에서, 상기한 두 개의 차동 메카니즘들은 동일한 설계이면서 다른 잇수비(tooth ratio)를 가지고 있다. 상기한 세 개의 변속 경로들은 바람직하게는 동일한 변속비를 설정한다. In the second version, the two differential mechanisms described above have the same design but different tooth ratios. The three shift paths preferably set the same shift ratio.
바람직하게는, 상기한 두 메카니즘들은 동축으로 정렬되고, 상기 변속 경로들 중 적어도 하나, 바람직하게는 두 개의 상기 변속 경로들은 상기 메카니즘들 중 하나에 각각 속하는 두 회전 부재들을 공동으로 회전하는 것을 보장하는 연결들이다. Preferably, the two mechanisms are coaxially aligned, and at least one, preferably two, of the transmission paths ensure joint rotation of two rotating members each belonging to one of the mechanisms. Connections.
특히, 상기 입력 축의 속도에 대한 상기 출력 축 속도의 높은 상승율(step-up ratio)과 이러한 비율의 넓은 범위가 요구되는 풍력 터빈들과 같은 장비에 있어서, 상기 차동 메카니즘은 상기 출력 축에 연결된 태양 기어, 회전 반작용 부재(rotary reaction member)로 이루어진 링 기어 및 상기 입력 축에 연결되며 캐스케이드 내에 장착된 두 유성 피니언(planet pinion)들의 적어도 한 세트(set)를 지지하는 유성 캐리어(planet carrier)를 구비하는 주전원 기어세트(epicyclic gearset)의 형태로 제작되며, 상기한 두 유성 피니언(planet pinion)들 중 하나는 상기한 태양 기어에 치합하고, 다른 하나는 상기 링 기어와 치합한다. 이러한 형태의 차동 메카니즘은, 상기 링 기어의 속도가 각각 상기 태양 기어의 속도와 같은 속도로부터 상기 태양 기어의 속도의 몇 분의 1(fraction)과 같은 속도로 변화함에 따라, 1로부터 무한대로 변화하는 상승율(step-up ratio)을 제공한다는 주목할만한 특징이 있다. 상기한 비율(fraction)은 상기 태양 기어와 링 기어 사이의 잇수비(tooth ratio)와 같다. 이는 상기 링 기어의 치형의 수가 상기 태양 기어의 치형의 수의 두 배인 차동 메카니즘을 선택하는 것을 가능하게 한다는 점에서 매우 유용하다. In particular, in equipment such as wind turbines where a high step-up ratio of the output shaft speed to a speed of the input shaft and a wide range of these ratios are required, the differential mechanism is a solar gear connected to the output shaft. And a planetary carrier connected to the input shaft and supporting at least one set of two planetary pinions mounted in the cascade, the ring gear consisting of a rotary reaction member. Made in the form of a main cyclic gearset, one of the two planetary pinions engages the sun gear and the other engages the ring gear. This type of differential mechanism varies from one to infinity as the speed of the ring gear changes from a speed equal to the speed of the sun gear to a speed equal to a fraction of the speed of the sun gear, respectively. It is noteworthy that it provides a step-up ratio. The fraction is equal to the tooth ratio between the sun gear and the ring gear. This is very useful in that it makes it possible to select a differential mechanism in which the number of teeth of the ring gear is twice the number of teeth of the sun gear.
본 발명의 두 번째 주제는 전력을 생산하기 위하여 상기한 첫 번째 주제에 따른 변속 장치 및 동기식 전력 생산 기계를 포함하는 유닛이다. 본 발명은 상기한 전력 생산 기계의 속도를 실질적으로 완전하게 안정되게 함으로써, 이 기계로 하여금 주파수와 위상(phase)의 관점에서 안정된 전류를 공급하게 한다. A second subject of the invention is a unit comprising a transmission and a synchronous power generating machine according to the first subject mentioned above for producing electric power. The present invention makes the speed of the above-described power generating machine substantially completely stable, thereby allowing the machine to supply a stable current in terms of frequency and phase.
선택에 따라서는, 상기한 전력 생산 유닛은 상기 전력 생산 기계의 회전자의 회전 속도를 감지하는 센서 및 회전자의 회전 속도와 설정값(setpoint) 간 차이의 함수에 따라 상기 장치(apparatus)를 제어하여 회전 속도를 조절하는 제어 루프를 구비한다. Optionally, the power generation unit controls the apparatus as a function of a sensor for detecting the rotational speed of the rotor of the power production machine and as a function of the difference between the rotational speed of the rotor and a setpoint. And a control loop for adjusting the rotation speed.
본 발명의 세 번째 주제는 상기한 첫 번째 주제에 따른 변속 장치 및/또는 상기한 두 번째 주제에 따른 전력 생산 유닛을 구비하는 풍력 터빈이다. A third subject of the invention is a wind turbine having a transmission according to the first subject mentioned above and / or a power production unit according to the second subject mentioned above.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 동력원과 부하(load) 사이의 변속비를 설정하는 방법은 동력원과 부하 사이에 두 개의 차동 메카니즘이 위치되고, 이들 차동 메카니즘들은 각각 적어도 세 개의 회전 부재들을 구비하며, 상기 메카니즘들 중 하나의 각 회전 부재는 개별 변속 경로에 의해 다른 메카니즘의 개별 회전 부재에 연결되고, 상기 경로들 중 하나는 동역학적 결합 장치(apparatus)의 작용에 의해 연결된 두 개의 회전 요소를 구비하고, 상기한 결합 장치(apparatus)는 조절됨을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, a method of setting a speed ratio between a power source and a load includes two differential mechanisms positioned between the power source and the load, each of which has at least three rotating members, Each rotating member of one of the mechanisms is connected to a separate rotating member of another mechanism by a separate shifting path, one of the paths having two rotating elements connected by the action of a kinetic apparatus and , The coupling device (apparatus) is characterized in that it is adjusted.
본 발명의 다른 특징이나 이점 등은 하기의 상세한 설명을 통해 더 명확해질 것이나 실시 예에 의해 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 터빈의 제1 실시 예를 나타내는 축 방향 단면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 풍력 터빈에 사용된 주전원 기어세트(epicyclic gearset)를 개략적으로 나타내는 정면도이며,
도 3은 상기한 주전원 기어세트의 차원적(dimensional), 기하학적인 일부 특징 및 동작에서의 일부 특징을 나타내는 반 정면도이고,
도 4 내지 도 10은 도 1과 유사하면서 다른 실시 예들에 관련된 구성들을 도시하고 있으며,
도 11과 도 12는 비교 차동의 두 가지의 다른 형태들을 도시하고 있다.
회전 요소들 상에 그려진 해칭(hatching)은 회전 요소들이 회전하는 방향을 나타낸다. 유성 피니언들의 경우에는 그들 자신의 축을 중심으로 회전한다. Other features and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description, but are not limited by the examples.
1 is an axial sectional view showing a first embodiment of a wind turbine according to the present invention;
FIG. 2 is a front view schematically showing an epicyclic gearset used in the wind turbine shown in FIG. 1,
3 is a half front view showing some of the features in dimensional and geometrical features and operation of the main power gear set described above;
4 to 10 are similar to FIG. 1 and show configurations related to other embodiments.
11 and 12 illustrate two different forms of comparative differential.
Hatching drawn on the rotating elements indicates the direction in which the rotating elements rotate. In the case of planetary pinions, they rotate about their own axis.
도 1에 도시된 실시 예에서, 부분적으로만 도시된 풍력 터빈은 본 발명에 따른 변속 장치(6)가 이어진 입력 상향 기어부(input step up gearing)(4)를 통해 전력 생산 기계(3)의 회전자(2)를 구동하는 풍력 터빈 회전자(1)를 구비한다. 상기 기계(3)의 고정자(7)는 단지 상징적으로만 도시된 지지 구조물(8)에 고정된다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 전력 생산 기계(3)는 완전하게 안정된 속도, 예를 들면, 분당 1500회 회전하여 전력망에 적합한 50헤르츠(hertz) 전류를 안정적으로 생산하는 동기식 발전기일 수 있다. 상기 풍력 터빈 회전자(1)는 바람의 강도에 따라 대체로 분당 1회전에서 30회전 사이 범위의 높은 가변 속도(variable speed)로 회전한다. 상기 상향 기어부(4)는 이 속도를 일정 배율(constant factor), 예를 들어 50배까지 증가시킨다. 따라서, 동시에 상기 변속 장치(6)의 입력 축(11)을 구성하기도 하는 상기 상향 기어부(4)의 출력 축은, 본 실시 예에서, 분당 50회전 내지 1500회전 사이 범위의 속도로 회전하게 된다. 상기 변속 장치(6)는 그 입력 축(11)의 회전 속도에 대한 상기 기계(3)의 회전자(2)에 결속된 출력 축(12)의 회전 속도를 30에서 1배까지 연속적으로 상승시키는 변속비를 설정하게 된다. In the embodiment shown in FIG. 1, only a partially shown wind turbine is shown in the
상기 변속 장치(6)는 차동 메카니즘(13), 본 실시 예에서는 세 개의 회전 부재들, 말하자면, 상기 출력 축(12)에 연결된 태양 기어(14)와, 반작용 회전 부재를 이루는 링 기어(16)와 상기 입력 축(11)에 연결된 유성 캐리어(planet carrier)(17)로 이루어진 유성 또는 주전원 기어세트(planetary or epicyclic gearset)를 구비한다. 상기 유성 캐리어(17)는 캐스케이드 내에 장착되면서 서로 치합된 두 개의 유성 피니언(18, 19)들의 적어도 한 세트를 지지한다. 상기 유성 피니언(18)은 상기 태양 기어(14)의 외측 치형 세트와 치합하고, 상기 유성 피니언(19)은 상기 링 기어(16)의 내측 치형 세트와 치합한다.The transmission 6 comprises a
캐스케이드 내의 유성 피니언 쌍들을 구비하는 이러한 유형의 주전원 기어세트는 다음과 같은 특징들을 가진다: 상기 입력 축(11)과 출력 축(12) 사이의 변속비가 1:1이면, 상기 태양 기어(14), 링 기어(16) 및 유성 캐리어(17)가 같은 속도로 회전한다. 변속비가 30:1(상기 출력 축(30)의 회전 속도가 상기 입력 축(11) 회전 속도의 30배)일 경우, 상기 링 기어(16)는 상기 입력 축(11) 및 출력 축(12)과 같은 방향으로, 상기 태양 기어(14)의 회전 속도에 R1/R2의 비율을 곱한 값에 근접한 속도로 회전한다. 여기서, R1은 상기 태양 기어의 치형 세트 반경이고, R2는 상기 링 기어(16)의 치형 세트 반경이다(도 3 참조). 다시 말해서, 특히, R1/R2의 비율로서 상당히 합리적이라 할 수 있는 1/2이 선택되었다면, 상기 링 기어(16)의 회전 속도는 항상 동일한 방향일 것이며, 입력 속도 Ve가 30배까지 변화하고 전체 변속비가 Vs/Ve일 때, 2배까지만 변화할 수 있을 것이다. 상기 링 기어(16)에 작용하는 반작용 토크(CR)는 상기 입력 축(11)의 회전 방향(SR)의 반대 방향을 향할 필요가 있다. 도 3에 도시된 바에 따르면, 점선으로 나타내진 위치와 실선으로 나타내진 위치 사이에서 상기 유성 캐리어(17)에 의해 수행되는 회전은 α0로 지시되어 있다. 모든 세 개의 회전 부재들(14, 16, 17)이 동일한 방향으로 회전할 때, 상기 태양 기어(14)와 링 기어(16) 각각은 상기 유성 캐리어(17)의 회전 α0와 동일하고, α1과 α2로 지시된 각도만큼 증가된 회전을 수행한다. 이들 두 각도는 원호 길이에 상응하기 때문에 α2/α1=R1/R2인 비율의 관계에 있다. This type of main power gearset with planetary pinion pairs in the cascade has the following characteristics: if the speed ratio between the
따라서 상기 변속비는 (α0+α1)/α0와 같다. 각도 α0는 상기 입력 축(11)이 입력 속도 Ve를 나타내고, (α0+α1)는 분당 1500회전으로 설정되는 출력 속도 Vs를 나타낸다. 앞서 언급한 바로부터, 상기 링 기어(17)의 속도 Vc는 다음과 같이 계산될 수 있다: Vc = Ve + (Vs - Ve)(R1/R2). Therefore, the speed ratio is equal to (α 0 + α 1 ) / α 0 . The angle α 0 represents the input speed Ve at which the
본 발명에 따른 상기 변속 장치는 상기 링 기어(16)의 회전 속도 Vc를 조절함으로써, 상기한 연결 관계에 따라 상기 출력 축(12)은 바람직한 값 Vs로 회전하거나 및/또는 Vs/Ve의 비율이 바람직한 값을 갖게 된다. The transmission according to the invention adjusts the rotational speed Vc of the
상기 링 기어(16)의 회전 속도에 대한 제어를 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따른 상기 변속 장치(6)는 상기 입력 축(11)과 출력 축(12) 사이에 두 개의 변속 경로(TC, TD)를 설정한다. 운동역학적 경로(TC)는 상기 차동 메카니즘(13)과, 상기 태양 기어(14)를 상기 출력 축(12)에 완고하게(rigid) 연결하는 중간 축(21)을 구비한다. 동역학적 경로(TD)는 상기 차동 메카니즘(13)과, 상기 링 기어(16)와 출력 축(12) 사이에서 특정한 동역학적 링크에 의해 연결된 운동역학적 장애를 구비한다. In order to enable control of the rotational speed of the
더 구체적으로, 상기 변속 경로(TD)는 동력 전달 관계에 있으면서 한편으로는 동시에 운동역학적으로는 분리되고 서로에 대한 회전을 유발하는 상대 속도를 가지는 두 개의 회전 요소(22, 23)들을 구비한다. 이러한 특정한 실시 예에서, 제1의 상기 회전 요소(22)는 상기 링 기어(16)의 회전 속도에 고정된 비율의 속도로 회전한다. 이를 위해, 상기 제1 회전 요소(22)는 상기 링 기어(16)의 외측 치형 세트(22)와 치합하는 피니언(24)에 결속된다. 제2의 상기 회전 요소(23)는 상기 출력 축(12)의 속도에 고정된 비율의 속도로 회전한다. 이를 위해, 상기 제2 회전 요소(23)는 상기 출력 축(12)에 결속된 기어 휠(28)과 치합하는 피니언(27)에 결속된다. 상기 중간 축(21)은 상기 태양 기어(14)와 상기 기어 휠(28) 사이에서 연장된다. 따라서 상기 기어 휠(28)이 상기 중간 축(21)과 한 몸체의 형태로 회전하고, 고정 비율로 상기 피니언(27)과 치합하기 때문에, 상기 변속 경로(TC, TD)들은 일단에서 상기 차동 메카니즘(13)에 의해, 타단에서는 상기 기어 휠(28)에 의해 서로 연결된다. 상기한 두 개의 회전 요소(22, 23)들은 상기 출력 축(12)과 입력 축(11)의 전체 축(overall axis)(31)에 평행하면서 일정 거리를 둔 위치에 고정된 공통의 기하학적 축(geometric axis)(29)을 중심으로 회전할 수 있게 장착되며, 상기 전체 축(31)은 또한 상기 차동 메카니즘(13)과 상기 중간 축(21)의 축(axis)이 된다. More specifically, the transmission path TD has two
상기 회전 요소(22, 23)들 사이에 조절 장치(32)가 결합되어 상기 기계(3)의 회전자(2)를 설정된 속도, 특히, 실질적으로 일정한 속도로 유지하는 방향에서 변화하는 토크를 설정하게 된다. An adjusting
도시된 예에서, 상기 조절 장치(32)는 회전자(33)가 상기 링 기어(16)에 대하여 설정된 속도로 회전하는 상기 요소(22)에 결속된 전기 발전기, 예를 들면, 교류 발전기이다. 상기 전기 발전기(32)의 고정자(34)는 통상의 고정자와 같이 고정되는 대신에, 본 실시 예에서는 상기 출력 축(12)에 대하여 설정된 속도로 회전하는 상기 제2 회전 요소(23)와 한 몸체의 형태로 회전하는 회전성 고정자이다. In the example shown, the regulating
한편에서 상기 피니언(24)과 상기 링 기어(16)의 외측 치형 세트(26) 사이의 잇수비(tooth ratio), 다른 한편에서 상기 피니언(27)과 기어 휠(28) 사이의 잇수비(tooth ratio)는 다음과 같다: ⅰ) 상기 회전 요소(22, 23)들이 같은 방향으로 회전하고, ⅱ) 상기 링 기어(16)에 결합된 상기 회전 요소(22)의 회전 속도가 상기 출력 축(12)에 결합된 상기 회전 요소(23)의 회전 속도보다 항상 더 크다. Tooth ratio between the
R2/R1 = 2인 실시 예에서, 상기 링 기어(16)의 가능한 최소의 속도는 상기 출력 축(12) 속도의 절반이다. 따라서, 상기 출력 축(12)에 대한 상기 요소(23)의 회전 속도의 두 배 정도까지 상기 링 기어(16)에 대한 상기 요소(22)의 회전 속도를 점차 증가시킴으로써, 상기 제1 회전 요소(22)가 상기 제2 회전 요소(23)보다 항상 더 빠르게 회전하는 것을 보장할 수 있다. In the embodiment where R2 / R1 = 2, the minimum possible speed of the
일반적으로, 이러한 상승율(step-up ratio)이 상대적으로 높게 선택됨으로써 상기 입력 축(11)과 출력 축(12)의 속도에 비해 상기 회전 요소(22, 23)들은 상대적으로 더 높은 속도로 회전하게 된다. 예를 들어, 상기 제2 회전 요소(23)는 분당 14,000회전의 속도로 회전하고, 상기 제1 회전 요소(22)는 분당 15,000회전과 30,000회전 사이의 속도로 회전하게 설계하는 것이 가능하다. In general, this step-up ratio is chosen to be relatively high such that the
모든 작동 속도에서, 상기 회전자(33)는 상기 회전성 고정자(34)보다 더 빠르게 회전한다. 상기 회전자(33)와 고정자(34) 사이에 존재하는 전자기력들은 상기 회전자(33), 나아가서는 상기 링 기어(16)를 감속하는 방향으로, 그리고 상기 고정자(34), 나아가서는 상기 출력 축(12)을 가속하는 방향으로 작용한다. 따라서 에너지 전달은 상기 동역학적 변속 경로(TD)를 따라 상기 차동 메카니즘(13)으로부터 상기 출력 축(12)으로 이루어진다. 이는 또한, 상기 기어(14)가 유성 피니언(18)으로부터 그 기어의 회전 방향(SR; 도 3)의 토크를 받기 때문에 상기 운동역학적 변속 경로(TC)를 통해서 상기 입력 축(11)으로부터 상기 출력 축(12)으로 에너지 전달이 이루어진다. 따라서, 본 실시 예에서, 두 개의 변속 경로들이 상기 출력 축(12)을 구동한다. At all operating speeds, the
상기 동역학적 변속 경로(TD)를 통해 전달되는 토크는 상기 입력 축(11) 상의 입력 토크에 비례한다. 상기 출력 축(12)의 속도 Vs는 일정하기 때문에, 상기 고정자(34)에 대한 상기 회전자(33)의 회전 속도는 상기 입력 축(11)의 회전 속도 Ve만의 함수이다. 더욱이, 풍력 터빈과 같은 동력원의 특수한 경우에서, 상기 입력 축(11) 상의 토크는 상기 입력 축(11)의 회전 속도 Ve와 함께, 예를 들면 비례하게 증가한다. 결과적으로, 본 발명에 따른 조절은 상기 고정자(34)에 대한 상기 회전자(33)의 회전 속도가 증가될 때, 상기 회전자(33)와 고정자(34) 사이의 전자기적 토크가 증가될 것을 수반한다. 고정자에 대한 회전자의 회전 속도의 함수로서 토크와 관련하여 적절하게 선택된 특성 곡선을 가지는 조절 장치(32)를 선정함으로써, 조절 제어 회로를 필요로 하지 않으면서도 상기 전력 생산 기계(3)의 회전자(2)의 회전 속도를 자동으로 안정화할 수 있는 변속 장치가 창출된다. The torque transmitted through the dynamic shift path TD is proportional to the input torque on the
그러나 도시된 실시 예에서, 상기 전력 생산 기계(3)의 회전자(2)의 회전 속도의 미세 조절 및 더 나은 정밀도를 달성한다는 관점에서, 조절 장치가 제공된다. 이는 상기 출력 축(12)의 회전 속도를 감지하는 센서(36), 상기 회전자(2)의 회전 속도에 대한 기준 설정값을 저장하는 메모리 또는 그에 상당하는 소자(37), 상기 출력 축(12)의 실제 속도와 설정값 사이에 있을 수 있는 차이를 측정하기 위한 비교기(38) 및 상기 회전 요소(23)에 제공된 하나 또는 둘 이상의 회전 접촉자(41)를 통해 상기 고정자(34)에 가해지는 여기 전류(excitation current)로 상기 비교기(38)로부터의 출력을 변환하는 회로(39)를 구비한다. 도시된 실시 예에서는, 개선 방안의 하나로서, 상기 입력 축(11)의 회전 속도 Ve를 감지하는 센서(42)가 설치되어 있다. 상기 센서(42)는 상기 속도 Ve의 함수로서의 여기 전류 값의 범위를 선정하기 위한 신호를 상기 회로(39)로 보낸다. 상기 출력 축(12)의 회전 속도 Vs가 불충분해지려 할 때, 상기 발전기(32)의 여기(excitation)가 증가하여 상기 링 기어(16)를 좀더 감속하고 따라서 상기 입력 축(11)과 출력 축(12) 사이의 변속비를 약간 증가시키는 것을 촉진한다. 반대로, 대칭성으로 인하여, 속도 Vs가 과도해지려 한다면, 상기한 제어 및 조절 회로는 변속비를 낮추기 위해 상기한 여기를 약간 감소시킨다. However, in the illustrated embodiment, in view of achieving finer adjustment and better precision of the rotational speed of the
도시되지 않은 방식으로는, 자동 속도 변환을 연속적으로 수행하는 장치 또는 유한한 수의 비율을 갖는 하나의 장치(one with a finite number of ratios)가 상기 변속 경로(TD) 상에, 예를 들면, 상기 피니언(24)과 고정자(34) 사이에 배치될 수 있다. 이 장치의 자동 제어는 상시적으로 또는 주기적으로 상기 회전자(33)의 회전 속도를 조절하려는 성향을 가짐으로써, 상기 고정자(34)의 회전 속도에 대한 최적의 차이를 구현해낸다. 이를 통해 상기 조절 발전기(32)의 효율을 향상시키고, 특히, 상기 입력 축(11)의 속도 Ve가 높은 상태에서 상기 회전자(33)와 고정자(34) 사이의 속도 차를 줄임으로써 상기 발전기(32)에 의해 흡수되는 동력이 현저하게 절감될 수 있다. 이론상으로, 앞서 언급된 상기 제어 회로는 상기 속도 변환 장치에 의해 이루어지는 변속비의 함수에 따라 상기 발전기(32)의 여기를 자동으로 보정한다. 또한, 상기 회로(39)에 상기 속도 변환 장치에 의해 이루어지는 비율을 상기 회로(39)에 알리는 신호의 입력을 제공하는 것도 가능할 것이다. 따라서 상기 회로(39)는 상기 기계(3)의 회전자(2)의 회전 속도에서의 변동에 대한 반작용보다 수행되는 여기의 변동을 예측할 수 있다. 더욱이, 상기 속도 변환 장치가 존재한다는 것은 한편으로는 상기 링 기어(16)와 피니언(24) 사이에, 다른 한편으로는 기어 휠(28)과 상기 피니언(27) 사이에 앞서 언급한 바와는 다른 비율을 제공하는 것을 가능하게 하며, 어떠한 경우라도 이는 단지 실시 예로서 제시된 것이다. In a manner not shown, a device for continuously performing automatic speed conversion or one with a finite number of ratios is provided on the shift path TD, for example, It may be arranged between the
상기 속도 변환 장치의 대안 또는 그에 부가하여, 상기 발전기(32)를 전극 변화 발전기의 형태로 제작할 수 있다. 이러한 알려진 형태의 발전기는 고정자의 기계적 구조에 대한 회전자 전극들의 변동되는 전기적 회전(variable electrical rotation)을 수행한다. 이러한 방식에서는, 회전자와 고정자 사이의 전기적 속도 차를 변경하는 것, 특히, 최적화하는 것이 가능하다. 이를 위해, 상기 회로(39)는 상기 감지기(42)에 의해 공급되어 상기 입력 속도 Ve를 나타내는 신호를 고려하여 상기 회전 접촉자(41) 또는 추가로 제공될 수 있는 다른 어떠한 회전 접촉자를 통해 상기 회전자(34)로 적절한 명령을 전달하도록 설계된다. Alternatively or in addition to the speed converter, the
상기 발전기(32)에 의해 생산된 전력은, 예를 들면, 상기 회전 요소(22)의 외주면에 제공된 회전성 회전자 접촉자(rotary rotor contact)(43)들에 의해 수집된다. 이 전기 에너지는, 예를 들면, 정류기(44)에 이르러 축전기(46)를 충전하거나 및/또는 하나 또는 둘 이상의 전력 사용 기기용 단자(47)에 전원을 공급하게 된다. The power produced by the
하기의 실시 예에서는, 상기 전기 제어 수단이나 상기 발전기(32)에 의해 생산된 에너지 수집 수단은 도시되지 않으며, 그 상세한 설명이 생략될 것이다. 이는, 적어도 이론적으로, 상기에서 설명됨과 아울러 도 1을 참조하여 개시된 바와 유사하다는 것을 의미한다. In the following embodiments, the electrical control means or the energy collection means produced by the
도 4에 도시된 실시 예는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예와 비교하여 다른 부분에 대해서만 설명될 것이다. The embodiment shown in FIG. 4 will be described only with respect to other parts compared to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
상기 출력 축(12)과 고정된 속도비 관계인 대신에, 상기 제2 회전 요소(23)는 이제 제3의 회전 요소 또는 제2의 차동 메카니즘(49)의 케이지(48)와 고정된 변속비 관계에 있다. 상기 제2 차동 메카니즘(49)의 두 개의 제1 회전 부재들은 동일한 치형 세트를 구비하면서 서로 마주보게 배치된 두 개의 베벨 태양 기어(bevel sun gear)(51, 52)들이다. 이들 두 태양 기어들 중 하나는 상기 입력 축(11)과, 다른 하나는 상기 출력 축(12)과 고정된 변속비 관계에 있다. 이들 세 개의 회전 부재들(48, 51, 52)은, 상기 고정 구조물에 대하여 장착되며 상기 회전 요소들(22, 23)의 회전축(29)과 상기 입력/출력 축(11, 12)의 회전축(31)에서 이격되면서 평행한 공통의 회전축(axis of rotation)(53)을 가지고 있다. Instead of having a fixed speed ratio relationship with the
상기 케이지(48) 내에는 상기 축(53)에 수직하는 축을 중심으로 자유롭게 회전하는 베벨 유성 피니언(bevel planet pinion)(54)들이 장착된다. 각각의 베벨 유성 피니언(54)은 상기 두 개의 태양 기어들(51, 52)과 치합한다. 이러한 차동 메카니즘에서, 상기 케이지(48)는 상기 두 태양 기어들의 회전 속도의 대수적 평균값(algebraic mean)과 같은 속도로 상기 공통의 축(53)을 중심으로 회전한다. 이 경우, 상기 두 태양 기어들은 동일한 방향으로 회전하게 설정된다. 따라서 상기 케이지(48)는 상기 입력/출력 축(11, 12) 속도의 산술적 평균값(arithmetic mean)으로 나타내지는 속도로 회전하게 된다. Bevel planet pinions 54 are mounted in the
이러한 실시 예에서, 제3의 경로를 통해 연결된 상기 두 개의 회전 부재들(16, 48)은, 그들 중 하나(16)는 그의 속도가 증가될 때 그 차동 메카니즘의 변속비를 줄이려는 성향이, 다른 하나(48)는 그의 속도가 증가될 때 그 차동 메카니즘의 변속비를 증가시키려는 성향이 있다. In this embodiment, the two
이러한 실시 예의 근본이 되는 원리는 다음과 같다: 상기 입력 축(11)의 속도 Ve가 분당 50회전에서 1500회전까지 변화할 때, 상기 링 기어(16)의 속도는 대략 분당 750회전에서 1500회전까지 변화할 필요가 있으며, 이는 상기 입력 축의 속도와 출력 축의 속도의 평균에서의 변화도 마찬가지이다. 이러한 발상은 이 평균값으로 나타나는 속도를 생성하고 이를 상기 링 기어(16)에 직접 또는 간접적으로 적용하기 위함이다. 상기 조절 장치(32)가 상기 케이지(48)와 링 기어(16) 사이에 배치되고, 회전 방향의 반대 방향으로 작용하는 토크가 상기 링 기어(16)에 가해지는 도시된 실시 예에서, 상기 입력 및 출력 속도들로부터 생성되는 속도는, 이 속도가 상기 링 기어에 바람직한 속도와 유사한 방식으로 변화하지만 이 속도보다 여전히 더 낮게 유지되는 상태로, 상기 제2 회전 요소(23), 다시 말해서, 상기 발전기(32)의 고정자에 적용된다. 따라서, 상기 발전기(32)의 고정자와 회전자 사이에는 상기 요소들(22, 23)의 속도의 작은 부분을 나타내는, 아주 작은 속도의 차가 항상 존재하여, 상기 변속 장치의 전체 작동 속도에서 상기 발전기(32)에 의해 흡수되는 동력이 낮아진다. The principle underlying this embodiment is as follows: When the speed Ve of the
전기 발전기와 같은 일반적인 조절 장치는 적합하게 작동하기 위해서 고정자 속도와 비교할 때 적어도 일정한 수준, 예를 들면, 적어도 분당 1000회전 차이의 회전자 속도를 가질 필요가 있다. 상기 회전 요소들(22, 23) 속도의 작은 부분을 나타내는 이러한 속도 차를 위해, 상기 입력 축(11)과 출력 축(12)의 속도에 대한 상기 회전 요소들(22, 23)의 속도를 점차 상승시키는 수단을 제공함이 바람직하다. Common regulating devices, such as electric generators, need to have a rotor speed of at least a constant level, for example at least 1000 revolutions per minute, compared to the stator speed in order to function properly. For this speed difference representing a small part of the speed of the
도시된 실시 예에서, 예를 들면, 상기 회전 요소(22)에 결속된 상기 피니언(24)은 상기 링 기어(16)의 외측 치형 세트 직경의 1/20과 같은 직경을 가진다. 따라서 상기 요소(22)는 상기 링 기어(16)보다 20배 빠르게 회전한다. 또한, 한편으로는 상기 입력 축(11)과 상기 태양 기어(51) 사이에, 다른 한편으로는 상기 출력 축(12)과 상기 태양 기어(52) 사이에 상승 기어세트(56, 57)가 제공된다. 따라서 상기 케이지(48)의 회전 속도는 속도 Ve와 Vs의 산술적 평균값에 대하여 증폭된 값을 가지게 된다. 이러한 증폭된 평균값은 1:1의 비율로 상기 회전 요소(23)로 전달된다. In the illustrated embodiment, for example, the
이는 또한, 가중 평균에 상응하도록 상기 케이지(48)에 의해 공급되는 평균 속도에 적합하다. 따라서, 한편으로는 상기 케이지(48)의 회전 속도와 다른 한편으로 Ve/Vs의 비율 사이의 관계가 미세하게 조정될 수 있다. It is also suitable for the average speed supplied by the
이는 상기에서 언급된 값들에 기초한 수치적인 예를 고려할 때 더 쉽게 이해된다. 상기 링 기어(16)가 분당 750회전에서 1500회전의 속도에서 회전한다. 상기 요소(22)는 20배 빠른 속도, 말하자면, 분당 15,000회전에서 30,000회전의 속도로 회전한다. 상기 요소들(22, 23) 사이의 속도 차이가 분당 1,000회전에서 2,000회전임이 바람직하다면, 상기 요소(22), 나아가서는 상기 케이지(48)는 분당 14,000회전에서 28,000회전의 속도로 회전해야만 한다. 이는, 상기 기어세트(56)의 상승율이 19:1이고, 상기 기어세트(57)의 상승율이 18:1일 때 (대체로) 달성된다. 이러한 설정에서, 상기 발전기(32)에 의해 흡수되는 에너지는 상기 변속 경로(T3)를 따라 흐르는 에너지의 6~7% 정도이다. This is more readily understood when considering a numerical example based on the above mentioned values. The
도 4에 도시된 실시 예에서, 세 개의 기하학적 축(29, 31, 53)들은 동일 평면 상에 도시되어 있다. 이것이 절대적인 핵심요소는 아니며; 바람직한 비율은 유지하면서 동시에, 상기 기어세트(56, 57)들이 직경을 적절하게 변경함으로써, 상기한 선(55) 위쪽의 요소들은 도면 상의 평면으로부터 방향을 바꿀 수도 있다. In the embodiment shown in FIG. 4, three
본 발명의 현재 버전 및 하기에서 설명될 버전들의 근본이 되는 원리는 다른 방식으로 구현될 수 있다: 두 개의 차동 메카니즘(13, 48)들은 상기 입력 축(11)과 출력 축(12) 사이에 평행하게 장착된다. 각각의 차동 메카니즘은 상기 입력 축(11)에 연결되는 입력 부재(17, 51), 상기 출력 축(12)에 연결되는 출력 부재(14, 52) 및 반작용 부재(16, 48)를 구비한다. 상기한 두 개의 반작용 부재(16, 48)들은 변속 경로(T3)를 통해 서로 연결되지만 상기 입력 축(11) 또는 출력 축(12)과 고정된 비율 관계에 있지는 않다. 상기한 두 메카니즘들의 회전 요소들 사이를 연결하는 구간에는 동역학적 결합(발전기(32))에 의해 연결되는 운동역학적 장애가 있다. The underlying principle of the current version of the invention and the versions to be described below can be implemented in different ways: Two
상기 변속 장치로부터 이 동역학적 결합을 통해 에너지가 접속될 수 있다. 또한, 상기 기계(3)에 의해 전원을 공급받는 모터로 상기 발전기를 대체하는 것도 가능하며, 상기 모터는 변동 가능한 양의 에너지를 상기 변속 장치로 투입(inject)하게 될 것이다. 상기 동역학적 결합의 에너지 활성화(energetic activation)는 상기 변속 장치에서 모든 잇수비(tooth ratio)의 합리적인 선정의 결과이다. 이러한 선정은 각 차동 메카니즘들이 다른 차동 메카니즘으로부터 동역학적 결합에 의해 직접 또는 간접적으로 설정된 수준의 응력(stress)을 받게 된다는 것을 의미한다. Energy can be connected from the transmission via this dynamic coupling. It is also possible to replace the generator with a motor powered by the
도 4에 도시된 실시 예에서, 상기한 두 차동 메카니즘들은, 그들의 반작용 부재들(16, 48)의 속도가 서로 결속되어 있는 상기 요소들(22, 23)에 해당하는 하나가 아닌 관계로 되어 있을 때에만, 상기 입력 축(11)과 출력 축(12) 사이의 변속비를 동일하게 설정할 수 있다. 상기 입력 축(11)과 출력 축(12) 사이의 변속비가 동일하게 설정되어야만 하기 때문에, 상기 요소들(22, 23) 사이에는 Vs/Ve 비율의 함수에 따른 속도 차가 존재한다. 따라서 상기 변속비 Vs/Ve는 상기 요소들(22, 23) 사이의 속도 차이를 조절함으로써 설정될 수 있다. 속도에서의 이러한 차이는 상기 동역학적 결합(32)의 활성화를 제어함으로써 조절된다. In the embodiment shown in FIG. 4, the two differential mechanisms described above will be in a relationship other than the one corresponding to the
도 4에 도시된 실시 예를 설명할 수 있는 세 번째 방식이 있는데, 이는 하기에서 설명될 것이다. 두 개의 차동 메카니즘(13, 49)들은 세 개의 변속 경로들을 통해 연결된다. 제1의 경로(T1) 또는 입력 경로는, 설정된 잇수비(tooth ratio)로, 상기 입력 축(11)을 상기 제1 메카니즘(13)의 입력 부재(17) 및 상기 제2 메카니즘(49)의 입력 부재(51)로 연결한다. 제2 경로(T2) 또는 출력 경로는, 설정된 잇수비(tooth ratio)로, 상기 출력 축(12)을 상기 제1 메카니즘(13)의 출력 부재(14) 및 상기 제2 메카니즘(49)의 출력 부재(52)로 연결한다. 제3의 경로(T3) 또는 반작용 경로는, 설정된 잇수비(tooth ratio)로, 상기 제1 메카니즘(13)의 반작용 부재(16)를 상기 제2 메카니즘(49)의 반작용 부재(48)로 연결한다. 상기한 세 경로들 중 하나에는 동역학적 결합에 의해 연결되는 운동역학적 장애가 존재한다. 더욱이, 상기한 차동 메카니즘들 및/또는 상기한 세 경로들의 잇수비(tooth ratio) 및/또는 상기 회전 요소들(22, 23)의 상기 조절 장치로의 연결에서, 상기 조절 장치는 전체 변속비 Ve/Vs에 따라 및/또는 입력 속도 Ve에 따라 및/또는 전달되는 토크에 따라 다르게 활성화된다는 특징이 있다. 상기 조절 장치의 특성 곡선 및/또는 상기 조절 장치의 제어는 상기한 전체 변속비 Ve/Vs가 제어되는 것을 가능하게 한다. There is a third way to describe the embodiment shown in FIG. 4, which will be described below. Two
도 5에 도시된 실시 예는 도 4에 도시된 실시 예와 비교하여 다른 점들에 관해서만 설명될 것이다. The embodiment shown in FIG. 5 will be described only with respect to other points compared to the embodiment shown in FIG. 4.
본 실시 예에서, 상기 조절 장치(32)에 의한 동역학적 결합은 상기 링 기어(16)와 케이지(48) 사이의 제3 변속 경로(T3)에 배치되지 않고, 상기 제2 변속 경로 또는 출력 경로(T2)에 배치된다. 더 구체적으로, 상기 동역학적 결합(32)에 의해 연결되는 운동역학적 장애는 한편으로는 상기 제2 차동 메카니즘(49)의 출력 부재(52)와, 상기 출력 축(12)과 연결된 상승 기어부(step up gearing)(57) 사이에 위치된다. 상기 링 기어(16)의 외주면과 상기 케이지(48) 사이에 직접 치합하게 구성되기 때문에 상기 제3 변속 경로(T3)는 매우 단순화된다. 여기서, 이제는 단지 두 개의 기하학적 축들, 상기 전체 축(31)과, 상기 차동 메카니즘(49) 및 발전기(32)에 공통되는 축(53)만 존재하게 된다. 상기 상승 기어세트(56, 57)들에서 중간 피니언이 하나 적어지게 된다. In this embodiment, the dynamic coupling by the adjusting
도 6에 도시된 실시 예는 도 5에 도시된 실시 예와 관련하여 다른 점들에 관해서만 설명될 것이다. The embodiment shown in FIG. 6 will be described only with respect to other points in relation to the embodiment shown in FIG. 5.
본 실시 예에서, 상기 차동 메카니즘(13)은 캐스케이드 내에 유성 피니언들의 쌍을 구비하기 보다는 단순한 유성 피니언들(58)을 구비하는 형태이다. 각 유성 피니언(58)은 상기 태양 기어(14) 및 상기 링 기어(16)의 내측 치형 세트와 치합한다. In this embodiment, the
이러한 차동 메카니즘은, 상기 링 기어(16)가 상기 유성 캐리어(17) 및 태양 기어(14)와는 반대방향으로 회전할 때, 상기 유성 캐리어(17)에 대한 상기 태양 기어(14)의 높은 상승율을 제공한다. 선택에 따라서, 예를 들어, 상기 링 기어(16)의 내측 기어세트 직경이 상기 태양 기어(14) 직경의 3배인 경우, 상기 링 기어가 정지 상태로 유지할 때에는 상기 상승율이 3:1에 이르고, 상기 링 기어가 상기 입력 축(11)보다 43.5배 빠르게 회전할 때에는 상기 상승율이 90:1에 이른다.This differential mechanism provides a high rate of rise of the
이러한 경우에서, 상승 기어부(4)는 단지 대략 17:1의 상승율을 발생시키는데, 이는 상기 입력 축(11)의 회전 속도가 이제는 분당 17회전에서 500회전까지 변화한다는 것을 의미한다. 상기 입력 축(11)의 속도가 분당 17회전일 때, 상기 변속 장치는 그의 최대 상승율을 제공해야만 한다. 이는 상기 링 기어(16)로 하여금 최대 속도, 분당 17×43.5 = 740회전을 하게 하며, 이는 매우 합당한 것이다. In this case, the
따라서, 중요한 것은, 상기 링 기어(16)의 회전 속도를 분당 -740회전에서 0회전까지 변하게 한다는 것이다. 이는 상기 케이지(48)로 하여금 ⅰ) 상기 입력/출력 축(11, 12) 중 하나의 속도와 ⅱ) 이 축(11, 12)들 중 다른 하나의 역속도(inverse speed)의 평균을 생성하게 함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 상기 기어세트(57)에는 반전 아이들 피니언(reverse idler pinion)(59)이 있고, 반면에, 상기 기어세트(56)는 반전 아이들 피니언을 구비하지 않는다. It is therefore important to vary the rotational speed of the
아울러, 상기 기어세트(56)의 상승율은 상기 기어세트(57)의 상승율보다 대략 3배 정도 높다. 상기 입력 속도가 매우 낮을 때, 상기 케이지(48)의 속도는 상기 출력 축(12) 속도의 절반에 거의 근접한다. 반대로, 상기 입력 속도가 그 최대치(분당 500회전)일 때, 상기 출력 축 속도보다 3배로 상승된 값이 상기 차동 메카니즘(49)을 향해 상기 케이지(48)에 의해 공급되는 평균값이 영(zero)인 효과를 갖도록 반대 방향으로 도입된다. 따라서 상기 입력 축(11)의 속도에 대하여 상기 케이지(48)의 속도는 원하는 방식으로 변화하게 된다. 이는 적절한 방향으로 상기 링 기어(16)에 전달되어 후자가 상기 입력 축(11) 및 출력 축(12)과는 반대 방향으로 회전하게 된다. In addition, the rate of increase of the gear set 56 is approximately three times higher than the rate of increase of the gear set 57. When the input speed is very low, the speed of the
본 실시 예에서, 상기 링 기어(16)에 가해지는 토크는 그 회전 방향과 동일해야 할 필요가 있다. 이러한 이유로, 상기 발전기(32)는 단지 기계적으로 저항하기보다는 상기 링 기어(16)와 연관되어 구동되어야 한다. 따라서 상기 발전기의 장착은 앞서 예시된 실시 예들과 비교할 때 역방향이어야만 하며, 이로써, 그 회전성 고정자(34)는 상기 링 기어(16)와 동일한 측에 있게 되고, 회전자(33)는 기준 속도, 말하자면 입력/출력 축의 하나에 대한 고정된 비율이며, 본 실시 예에서는 상기 출력 축(12)과 동일한 측에 있게 된다. In this embodiment, the torque applied to the
물론, 선행 실시 예에서와 같이, 상기 기어세트(56, 57)들, 그리고 상기 링 기어(16)와 케이지(48) 사이에서의 상승율은 상기 조절 장치(32)에서 상기 고정자와 회전자 사이의 상대 속도에 따라 최적화할 수 있도록 신중하게 선택된다. Of course, as in the preceding embodiment, the rate of ascent between the
도 7에 도시된 실시 예는, 도 6에 도시된 실시 예와 마찬가지로, 도 5에 도시된 실시 예의 또 다른 변형으로서, 도 5에 도시된 실시 예와 관련하여 다른 점들에 관해서만 설명될 것이다. The embodiment shown in FIG. 7, like the embodiment shown in FIG. 6, is another modification of the embodiment shown in FIG. 5 and will only be described with respect to the other points with respect to the embodiment shown in FIG. 5.
상기 조절 장치(32)에 의한 동역학적 결합이 구비된 운동역학적 장애는 이번에 다시 상기 제2 변속 경로 또는 출력 경로(T2)에 위치되면서, 상기 제1 차동 메카니즘(13)의 상기 태양 기어(14)와 기어 휠(28) 사이에 위치된다. 다시 말해서, 상기 중간 축(21)이 끊어져 있다(interrupted). 한편에서는 상기 회전자(33)가, 다른 한편에서는 상기 고정자(34)가 상승 기어세트(61, 63, 62, 28)를 통해 상기 태양 기어(14)와 상기 기어 휠(28)에 각각 결합된다. 상기의 잇수비(tooth ratio)들은, 예를 들면, 상기 태양 기어(14)에 결합된 상기 회전 요소들(22, 23) 중 하나가 다른 하나보다 더 빠르게 회전하도록 선정된다. The kinematic disorder with kinematic coupling by the regulating
도 8에 도시된 실시 예는 도 7에 도시된 실시 예와 관련하여 다른 점들에 관해서만 설명될 것이다. The embodiment shown in FIG. 8 will only be described with respect to other points in relation to the embodiment shown in FIG. 7.
본 실시 예에서는, 두 개의 상기 차동 메카니즘이 상기 전체 축(31)을 따라 동축으로 정렬된다. 상기 입력 변속 경로(T1)는 상기 입력 축(11)과 상기 유성 캐리어(17) 및 상기 메카니즘(49)의 입력 태양 기어(51) 사이의 단단한 결합(rigid coupling)이다. 상기 제3의 변속 경로(T3)는 상기 링 기어(13)와 상기 케이지(48)를 단단하게 연결하는 종 하우징(bell housing)(64)이다. 튜브형 조립체를 형성하는 상기 태양 기어(14), 중간 축(21) 및 기어 휠(63)은 상기 입력 축(11)을 중심으로 자유롭게 회전한다. 상기 기어 휠(63)은 상기 풍력 터빈 회전자(1) 상에서 상기 태양 기어(14) 측에 있다. 상기 두 개의 차동 메카니즘(13, 49)들은 상기 기어 휠(63, 28)들 사이에서 간격을 두고 위치해 있다. In this embodiment, the two differential mechanisms are coaxially aligned along the
본 실시 예는 선행 실시 예들 중 하나와 유사하게 작동한다. 이는 더 적은 수의 기어세트들을 필요로 한다. 그러나 선행 실시 예들의 경우에서와 같은 상승 기어부(step up gearing)에 의해 감소된 토크보다는 대체로 상기 제1 차동 메카니즘(13)과 같은 토크가 상기 제2 차동 메카니즘(49)에 가해진다. This embodiment operates similarly to one of the preceding embodiments. This requires fewer gearsets. However, a torque, such as the
도 9에 도시된 실시 예는 도 8에 도시된 실시 예와 관련하여 다른 점들에 관해서만 설명될 것이다. The embodiment shown in FIG. 9 will be described only with respect to other points in relation to the embodiment shown in FIG. 8.
제1의 차동 메카니즘들은 도 1에 도시된 바와 같은 동일한 설계와 동일한 잇수비(tooth ratio)를 가지는 차동 메카니즘들(13, 113)들에 대한 것이다. 바람직하게는, 제조의 용이성, 비용 절감 및 부품 재고 등을 위해 이들 두 메카니즘들은 동일한 구성요소들을 가진다. 상기 제1 변속 경로(T1)는 상기 입력 축(11)을 상기 두 개의 유성 캐리어들(17, 117)로 단단하게 연결한다. 상기 제2 변속 경로(T2)는 상기 두 개의 태양 기어들(14, 114)을 상기 출력 축(12)으로 단단하게 연결한다. 상기 제3 변속 경로(T3)는 하기에서 설명될 동역학적 결합에 의해 연결되는 운동역학적 장애를 통과하여 상기 두 개의 링 기어들(16, 116)을 연결한다. The first differential mechanisms are for the
상기한 두 차동 메카니즘들이 서로 동일하고, 상기 유성 캐리어들(17, 117)이 그러하듯이 상기 태양 기어들(14, 114)이 한 몸체인 것처럼 회전함으로써, 상기 두 링 기어들(16, 116) 또한 같은 속도에서 같은 방향으로 회전하게 된다. 그러나 약간의 다른 비율을 가지는 상기 기어세트들(66, 166)에 의해 상기 링 기어(16)와 링 기어(116)에 각각 결합되기 때문에, 상기 회전 요소들(22, 23)은 서로 다른 회전 속도를 가지게 된다. 상기 요소들(22, 23)의 속도 차이는 상기 링 기어들(16, 116)의 속도에 비례하며, 상기 링 기어들(16, 116)의 속도 자체는 변속비 Vs/Ve에 종속된다. 상기 조절 장치(32)에 의한 동력학적 작용(dynamic action)은 상기 요소들(22, 23) 사이의 속도 차, 결과적으로는 전체적인 변속비에 영향을 줄 수 있다. The two
상기한 제1의 차동 메카니즘들과는 독립적인 다른 차동 메카니즘들은 상기 요소들(22, 23) 사이의 동역학적 결합 방식에 관련된 것이다. 상기 회전자(133)와 고정자(134)는 상기 요소들(22, 23)과 더 이상 직접 연결되지 않고, 상기 요소들(22, 23) 사이에 설치되어 상기 요소들(22, 23) 사이의 속도 차이를 나타내는 속도를 생성하는 수단에 연결된다. 통상적인 구성의 차동 메카니즘(141)은 상기 축들(22, 23)이 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 전제로 하여 기능을 수행한다. 이는 상기 상승 기어세트(166)가 상기 상승 기어세트(66)에는 제공되지 않은 반전 아이들 피니언(reverse idler pinion)을 구비하기 때문이다. 각각의 상기 요소들(22, 23)은 상기 비교 차동 메카니즘(141)의 두 입력 태양 기어들(143) 각각에 연결된다. 대칭으로 서로 마주보게 배열된 이들 두 베벨 태양 기어들(141)은 상기 회전 케이지(146) 내에서 상기 요소들(22, 23)에 대하여 수직하는 하나 또는 둘 이상의 축 상에서 자유롭게 회전할 수 있게 장착된 베벨 유성 피니언들(144)과 치합한다. 작동에 있어서, 상기 케이지는 상기 요소들(22, 23) 속도의 절대 값 사이의 차이의 절반과 같은 속도로 회전한다. 상기 케이지(146)는, 그 외주면에, 상기 조절 장치(32)의 회전자(133)에 결속된 상승 피니언(148)과 치합하는 링 기어(147)를 구비한다. 상기 장치(apparatus)(32)의 상기 고정자(134)는 지지 구조물에 설치된다. Other differential mechanisms independent of the first differential mechanisms described above relate to the dynamic coupling mode between the
이러한 방식의 동역학적 결합은 회전자의 속도가 현저하게 감소하고 조절 장치의 고정자가 고정된 상태로 유지되기 때문에 특히 유용하다. 따라서 구성과 배치가 훨씬 수월해지고, 더 이상 고정자에 설치되는 회전 접촉자들이 필요치 않다. Dynamic coupling in this manner is particularly useful because the speed of the rotor is significantly reduced and the stator of the regulating device remains fixed. This makes construction and placement much easier and no longer requires rotating contacts installed on the stator.
더욱이, 회전성 고정자를 구비하는 선행 실시 예들에서, 상기 조절 장치의 적절한 작동을 위해서는 상기 요소들(22, 23) 사이에 최소한의 속도차가 필요했다. 특수하고 값비싼 부품들에 의존하지 않기 위해 초과하지 말아야할 분당 30,000회전에 이르는 정도의 최대 속도에서, 상기 조절 장치에 포함되는 에너지 비율(percentage energy)은 적어도 상기 동역학적 결합에 의해 전달되는 에너지의 5%이다. 도 9에 도시된 구조를 통해, 상기 요소들(22, 23) 사이의 속도 차이를 더 낮출 수 있다. 속도 차이가 낮아짐에 따라, 상기 회전자(133)에 적합한 속도의 범위를 얻고자하는 모든 경우에서 상기 케이지(146)에 대한 상기 피니언(148)의 상승율이 더 증가될 수 있다. Moreover, in the preceding embodiments with the rotatable stator, a minimum speed difference between the
도 10에 도시된 실시 예는 도 9에 도시된 실시 예와 관련하여 다른 점들에 관해서만 설명될 것이다. 본 실시 예에서 상기 두 개의 링 기어들(16, 116)은 서로 단단하게 연결되어 있다. 반면에, 상기 두 개의 태양 기어들(14, 114)을 연결하는 상기 출력 변속 경로(T2)는 도 9를 통해 개시된 것과 같은 종류의 동역학적 결합으로 연결된 운동역학적 장애를 가지고 있다. The embodiment shown in FIG. 10 will be described only with respect to other points in relation to the embodiment shown in FIG. 9. In the present embodiment, the two ring gears 16 and 116 are tightly connected to each other. On the other hand, the output shift path T2 connecting the two sun gears 14, 114 has a kinematic disturbance connected by the same kind of dynamic coupling as disclosed through FIG. 9.
도 9에서와 같이 상기 두 차동 메카니즘들이 서로 동일하다면, 상기 회전 요소들(22, 23) 간의 속도 차는 상기 출력 축(12)의 회전 속도에 비례하기 때문에 일정하게 될 것이다. 그럼에도 불구하고, 상기 발전기(32)의 토크는 상기 변속비를 조절하기 위해 설정될 수 있을 것이다. 다시 말해서, 상기 출력 축(12)의 회전 속도를 조절하는 것은 동시에 상기 발전기(32)의 회전자의 회전 속도를 조절하게 되는 것이다. If the two differential mechanisms are the same as in FIG. 9, the speed difference between the
도시된 예에서, 앞선 단락에서 언급된 바와 같이, 일정하지 않고 상기 입력 축(11) 속도의 함수에 따라 변화하기 위한 상기 요소들(22, 23) 사이의 속도의 차이가 제공된다. 이를 위해, 동일한 설계이면서, 잇수비(tooth ratio)는 다소 다른 두 개의 차동 메카니즘이 사용된다. 그럼에도 불구하고, 상기 상승 기어세트들(66, 166) 사이의 상승율의 차이는 유지된다. 따라서 상기 변속 장치가 직접 구동으로 작동하여 상기 두 개의 태양 기어들(14, 114)이 동일한 속도로 회전할 때, 상기 요소들(22, 23) 사이에는 속도의 차이가 발생된다. In the example shown, as mentioned in the preceding paragraph, a difference in speed between the
도시되지 않은 실시 예로는, 본 실시 예는 도 6에 도시된 하나(13)와 같은 형태의 두 차동 메카니즘들, 말하자면, 서로 반대 방향으로 회전하는 단순 유성 피니언과 링 기어를 통해 구현될 수도 있다. 링 기어를 일방향 또는 다른 방향으로 회전시키는 작동 또한 고려해 볼 수 있다. 30:1의 변속비(반대방향으로 대략 상기 출력 속도의 13.5배의 속도로 상기 링 기어가 회전하는 경우)와 1:1의 변속비(상기 입력 축과 동일 방향, 동일 속도로 상기 링 기어가 회전하는 경우) 사이에서 도 6에 도시된 단순 유성 피니언들 구비하는 차동 메카니즘을 작동시키는 것으로도 가능하다. In an embodiment not shown, this embodiment may be implemented via two differential mechanisms of the same type as the one 13 shown in FIG. 6, namely a simple planetary pinion and a ring gear rotating in opposite directions. The operation of rotating the ring gear in one direction or another can also be considered. A gear ratio of 30: 1 (when the ring gear rotates at the speed of approximately 13.5 times the output speed in the opposite direction) and a gear ratio of 1: 1 (the ring gear rotates at the same speed and in the same direction as the input shaft) It is also possible to actuate a differential mechanism with the simple planetary pinions shown in FIG.
도 11과 도 12에 도시된 실시 예들은 비교 차동 메카니즘의 관점에서 차이가 있다. 11 and 12 differ in terms of comparative differential mechanisms.
도 11에 도시된 실시 예에서, 상기 두 개의 태양 기어들(143)은 서로 다른 직경을 가지며, 상기 유성 피니언들(144)은 경사진 축들을 가지고 있다. 상기 요소들(22, 23)이 동일한 속도를 가질 때, 상기 케이지(41)는 상기 요소들(22, 23)의 속도에 비례하는 속도로 회전한다. 도 9를 참조하면, 더 이상 상기 상승 메카니즘(step up mechanism)들(66, 166)을 위한 다른 비율을 제공할 필요가 없다. 이들 중 하나가 반대의 설비(reversing facility)를 가지며 다른 하나는 그렇지 않은 것으로 충분하다. In the embodiment shown in FIG. 11, the two sun gears 143 have different diameters, and the
도 12에 도시된 실시 예에서, 더 이상 상기 상승 장치(step-up device)들 중 하나가 반대 설비를 가질 필요가 없다. 반전 동작은 차동 메카니즘을 통해 이루어진다. 각 유성 피니언(144)은 상기 태양 기어들(143)의 치형과 맞물리는 동축의 치형 세트(tooth set)들을 구비한다. 상기 두 개의 태양 기어들(143)은 상기 유성 피니언들 축들의 한 쪽에 함께 위치된다. 상기 유성 피니언 치형 세트들과 함께 각 태양 기어(143)의 잇수비(tooth ratio)를 다르게 선정함으로써, 또한, 상기 요소들(22, 23)이 동일한 속도로 회전할 때, 상기 케이지(141)의 회전을 상기 요소들(22, 23)의 속도에 비례하게 할 수도 있다. 본 실시 예는 상기 두 차동 메카니즘들 또한 서로 동일하다 할지라도, 상기한 두 상승 장치들(66, 166)을 정확히 동일하게(strictly identically) 제작할 수 있게 한다. In the embodiment shown in FIG. 12, it is no longer necessary for one of the step-up devices to have an opposite installation. The inversion operation is done through a differential mechanism. Each
물론, 상술하거나 도시한 바 있는 실시 예들에 따라 본 발명이 한정되지는 않는다. 비교 차동 메카니즘을 구비하는 동역학적 결합 시스템은 다른 실시 예들, 특히 도 4 내지 도 8에 도시된 실시 예들을 통해서도 구현될 수 있다. 상기 비교 차동 메카니즘은 케이지 형태가 아닐 수도 있다. 예를 들어, 다른 하나의 회전 요소가 주전원 기어세트(epicyclic gearset)의 태양 기어에 연결된 상태에서 상기 회전 요소들 중 하나는 통상의 주전원 기어세트의 링 기어에 연결될 수 있고, 상기 두 회전 요소들은 서로 반대 방향으로 회전하며, 예를 들면, 링 기어를 대략 태양 기어 속도의 절반으로 회전하게 함으로써 상기 유성 캐리어의 속도를 낮추는 변속비를 가지는 상승 장치들에 의해 구동된다. Of course, the present invention is not limited to the above-described or illustrated embodiments. The kinetic coupling system with the comparative differential mechanism can also be implemented through other embodiments, in particular the embodiments shown in FIGS. 4 to 8. The comparative differential mechanism may not be cage type. For example, with the other rotating element connected to the sun gear of the epicyclic gearset, one of the rotating elements can be connected to the ring gear of a conventional main power gearset, the two rotating elements being mutually It is rotated in the opposite direction and is driven by lifting devices having a transmission ratio that slows down the planet carrier, for example by causing the ring gear to rotate about half the sun gear speed.
도 1에 도시된 실시 예에서는, 상기 운동역학적 경로(TC)와 동역학적 경로(TD)는 상기 입력 축(11)과 상기 차동 메카니즘(13) 사이에 설치될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, the kinematic path TC and the kinematic path TD may be installed between the
도 4 내지 도 12를 통해 도시된 바와 같은 실시 예들에서는, 상기 동역학적 결합에 의해 연결되는 운동역학적 장애는 상기 입력 축(11)과 상기 두 차동 메카니즘들 중 하나의 회전 입력 부재 사이의 상기 입력 변속 경로 내에 위치될 수 있다. In embodiments as shown through FIGS. 4 to 12, the kinematic disturbances connected by the kinetic coupling are the input shift between the
대부분의 실시 예에서, 상기 입력 축의 속도가 증가되고 상기 변속비가 감소할 때, 상기 두 회전 요소들(22, 23) 사이의 속도 차이가 증가하는 값으로서 설명되었다. 상기 조절 장치(32) 또한 일반적으로 속도의 함수에 따라 그 토크가 증가되는 특성이 있기 때문에, 입력 속도의 증가가 전달 토크의 증가와 동반되는 풍력 터빈의 예에서 상기 두 회전 요소들 사이의 속도 차이 변화의 방향은 상기 변속 장치의 조절에 기여한다. 그러나, 속도의 차이를 변하지 않게 하거나 상술한 바와는 반대 방향으로 변하게 하는 것도 고려해 볼 수 있다. In most embodiments, the speed difference between the two
Claims (31)
As a transmission for a power source 1 having a variable rotational speed, in particular a machine 3 for generating power from a wind turbine rotor, a support structure 8, an input shaft connected to the power source 11, an output shaft 12 connected to the rotor 2 of the machine and at least two shift paths TC, TD; T1, T2, T3, wherein at least one shift path Passes through at least one differential mechanism 13, 49, 113 with at least three rotary members 14, 16, 17; 48, 51, 52; 114, 116, 117. In a shifting device, one of the shifting paths is a dynamic coupling and kinematic uncoupling relationship, each of which is relative to each other by being connected to different parts of the transmission. Two rotary elements 22, 23 with velocity And said relative speed is adjusted to generate a torque which varies between two rotating elements 22, 23 in a direction that maintains the machine's rotor 2 at a set speed, in particular at a substantially constant speed. A shifting device, characterized in that it is arranged to cause relative rotation in a regulating apparatus (32).
A transmission according to claim 1, wherein the change in torque is set by the characteristic relationship of the apparatus (32) between the torque and the rotational speed in the apparatus.
2. Transmission according to claim 1, characterized in that the change in torque is set by a control for adjusting the speed of the rotor (2) of the machine (3), in particular a control loop (36, 37, 38, 39). .
A transmission according to any one of the preceding claims, characterized in that the apparatus (32) is an electric generator.
5. The shifting device according to claim 4, wherein the electric generator (32) is an electric generator of a type capable of changing the number of electrodes.
6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the two elements (22, 23) are the difference between the absolute values of the rotational speeds of the two elements, possibly the weighted difference. Connected to two inputs of a comparative differential gearset 141 having a rotary output 146 representing the rotational portion 133 of the device. Transmission device, characterized in that connected to the output (146).
7. Transmission according to claim 6, characterized in that the apparatus (32) is functionally mounted between the rotary output (141) and the support structure (8).
8. A means according to claim 6 or 7, wherein the rotational speed of the rotational portion 133 of the apparatus 32 is increased relative to the rotational speed of the rotational output portion 146 of the comparative differential gearset 141. And (147, 148).
10. Transmission according to any one of claims 6 to 8, characterized in that it comprises means (116) for rotating the two rotating elements (22, 23) in opposite directions with respect to each other.
10. The transmission path according to any one of the preceding claims, wherein the shift path with the two elements (22, 23) comprises means (24, 27; 56, 57; 61) for increasing the rotational speed of each element. 62, 66, 166.
11. A method according to any of the preceding claims, wherein one of the elements (23) is in engagement with one of the input and output axes (12) at a fixed rate and the other (22) The rotation mechanism 16 is engaged with the rotating member 16 of the differential mechanism 13 at a fixed ratio, and the rotation member 16 itself is engaged with the input and output shafts 11 and 12 at a variable ratio. Characterized in that the transmission.
12. The method according to any one of the preceding claims, wherein said at least one differential mechanism comprises two differential mechanisms (13, 49; 113) with three rotating members, said at least two shifts The paths are characterized in that they comprise three shifting paths (T1, T2, T3) each connecting one rotating member of said differential mechanisms to a corresponding rotating member of the other mechanism.
13. Transmission according to claim 12, characterized in that the two elements (22, 23) form part of one of the three paths.
14. An input path T1 according to claim 12 or 13, wherein one of said three shift paths is an input path T1 having a shift member 17 bound to said input shaft 11, wherein said three shift paths. The other of which is an output path (T2) having a transmission member (21, 28) coupled to the output shaft (12).
The two rotating members connected via the third path T3 have a propensity to reduce the transmission ratio of the differential mechanism when one of them 16 is increased. 48 is characterized in that the propensity to increase the speed ratio of the differential mechanism is increased when its speed is increased.
14. The rotational speed according to claim 12 or 13, when the speed of the input shaft 11 is increased, the rotational speed applied to the apparatus 32 by the two elements 22, 23 is increased. Transmission characterized in that it changes as a function of the speed of the input shaft (11).
17. Transmission according to claim 16, characterized in that the speed of rotation applied to the apparatus (32) is increased when the speed of the input shaft (11) is increased.
18. Approximate average of the opposite of the speed of one of the input / output shafts 11, 12 and the speed of the other of the input / output shafts 11, 12. In other words, in order to provide a weighted and / or amplified average to its third rotating member 48, the two rotating members 51, 52 of one of the differential mechanisms 49 are connected to the input shaft 11. And the third shift path T3 are speeds as a function of said weighted average and opposite directions of rotational speed of said input shaft 11 and output shaft 12. A speed change device characterized in that the phosphorus speed is applied to another third member (16) of said differential mechanism (13).
18. The method according to any one of claims 12 to 17, wherein the third rotation is the approximate average of the speed of the input shaft 11 and the speed of the output shaft 12, i.e. the weighted and / or amplified average. To provide to the member 48, two rotating members 51, 52 of one of the differential mechanisms 49 are connected to each of the input shaft 11 and the output shaft 12, and the third The transmission path of T3 is characterized in that the speed as a function of the weighted average is applied to the third member (16) of the other differential mechanism (13).
18. The method according to any one of claims 12 to 17, wherein the two differential mechanisms (13, 113) are identical to each other, and at least one of the three shift paths described above is connected by one of the shift paths. A speed ratio different from the speed ratio set between the two rotational members connected by the other one of the three shifting paths by another one of the three shifting paths. Device.
18. Transmission according to any one of claims 12 to 17, characterized in that the two differential mechanisms (13, 113) are identical to each other and two of the three shift paths set the same transmission ratio to each other. .
22. Transmission according to claim 21, characterized in that the three shifting paths set the same transmission ratio to each other, and the two elements (22, 23) are connected to the apparatus (32) differently.
18. A transmission according to any one of claims 12 to 17, wherein the two differential mechanisms are of the same design and have different tooth ratios.
24. The shifting device according to claim 23, wherein the three shifting paths set the same shift ratio.
25. The method according to any one of claims 16 to 24, wherein the two mechanisms (12, 113) are coaxially aligned and at least one of the shift paths, preferably two of the shift paths are among the mechanisms. A transmission, characterized in that the connections ensure that the two rotating members each belonging to one rotate jointly.
26. The input according to any one of the preceding claims, wherein the differential mechanism comprises a sun gear (14) connected to the output shaft (12), a ring gear (16) consisting of a rotary reaction member and the input. Epicyclic gear set having a planet carrier 17 connected to the shaft 11 and supporting at least one set of two planet pinions 18, 19 mounted in the cascade. It is made in the form of a gearset, characterized in that one of the two planetary pinions (18) is meshed with the sun gear (14) and the other is meshed with the ring gear (16). Transmission.
A unit for producing electric power, characterized in that it comprises a transmission (6) according to any one of claims 1 to 26 and a synchronous power production machine (3).
28. The apparatus according to claim 27, wherein the sensor 36 detects the rotational speed of the rotor 2 of the power production machine 3 and the device as a function of the difference between the rotational speed of the rotor and a setpoint. and a control loop for controlling the rotation speed by controlling the apparatus (32).
Wind turbine, characterized in that it comprises a transmission (6) according to any one of claims 1 to 26 and / or a power production unit according to claims 27 or 28.
In the method of setting the speed ratio between the power source 1 and the load 3, two differential mechanisms 13, 48 and 113 are located between the power source and the load, each of which is at least three different. Two rotating members, each rotating member of one of the mechanisms being connected to the individual rotating members of the other mechanism by means of individual shifting paths T1, T2, T3, one of the paths being a dynamic coupling device ( and two rotating elements (22, 23) connected by the action of the apparatus but not kinematically, said apparatus being regulated.
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